单层二硫化钼的制备及光学性质研究

发布时间：2017-03-25 01:13

  本文关键词：单层二硫化钼的制备及光学性质研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：二硫化钼作为一种高级固体润滑剂和催化剂而被人们广泛研究,近年来随着石墨烯为代表的二维材料的发现,二硫化钼以其许多卓越的性质再次受到世人的关注。尤其当它减为单层时,拥有约1.8eV的直接带隙,弥补了石墨烯零带隙的不足。本文主要内容是探究用化学气相沉积法生长单层二硫化钼的最佳条件,并且研究在不同气氛中退火和转移到不同衬底上对样品的荧光光谱和拉曼光谱的影响。 本文第一章系统介绍了二硫化钼的基本性质,其中包括晶体结构、电子结构和光学性质,总结了类石墨烯二硫化钼在场效应晶体管、传感器、电池电极材料和谷电子学等领域中的应用。同时,综述了目前制备类石墨烯二硫化钼比较常见的几种方法,其中包括微机械力剥离和锂离子插层为代表的“自上而下”的制备方法,和以化学气相沉积为主的“自下而上”的合成方法。 本文的第二章详细介绍了本工作中所使用材料、CVD制备设备和表征技术,这些表征技术包括光学显微镜、原子力显微镜、荧光光谱和拉曼光谱等。 第三章研究了CVD生长条件对类石墨烯二硫化钼制备的影响,这些条件包括生长温度、生长气氛和反应时间等八个方面进行详细探究,从而总结出用化学气相沉积法生长单层二硫化钼的最佳条件,并对所获得单层二硫化钼的进行表征。 第四章中我们研究了不同退化条件对单层二硫化钼的光学性质的影响。我们发现在低真空350℃环境下退火半小时后,样品的光致发光(PL)光谱强度增强约20倍,并伴随有40meV的蓝移。我们认为峰位的蓝移是由于O2和H20的吸附引入P型掺杂,转移了大量的平衡电子,从而使光致发光过程由带电激子辐射复合为主导向中性激子辐射复合为主导转化。荧光强度增强的原因有两个：一是由于平衡电子密度降低后,无辐射复合过程被压制；二是退完火后样品表面产生大量空位等缺陷,这些位置容易和自由电子和带电激子结合产生稳定的局域化中性激子。 第五章我们用化学气相沉积法在蓝宝石和石英衬底上也生长出高质量的单层二硫化钼,并且成功地将在SiO2/Si衬底上生长的单层二硫化钼转移到新的的SiO2/Si衬底和Au膜上,转移后的Raman和PL光谱都发生了一定的变化,我们将转移到SiO2/Si衬底上变化的原因归结于张力的释放,转移到Au膜上变化的原因则是Au膜对单层二硫化钼造成p型掺杂。
【关键词】：单层二硫化钼 化学气相沉积法 制备 表征 缺陷 掺杂
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O614.612
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-37
• 1.1 引言11-12
• 1.2 二硫化钼的结构与性质12-16
• 1.2.1 二硫化钼的晶体结构12-13
• 1.2.2 二硫化钼的电子结构13-15
• 1.2.3 二硫化钼的光学性质15-16
• 1.3 二硫化钼的应用16-19
• 1.3.1 润滑剂16
• 1.3.2 场效应晶体管16-17
• 1.3.3 传感器17-18
• 1.3.4 电池的电极材料18
• 1.3.5 谷电子学中应用18-19
• 1.4 类石墨烯二硫化钼的制备方法19-30
• 1.4.1 “自上而下”的制备方法19-25
• 1.4.2 “自下而上”的制备方法25-30
• 1.5 本论文主要研究内容30-31
• 参考文献31-37
• 第二章 实验材料设备及表征技术37-45
• 2.1 实验材料设备37-38
• 2.1.1 实验设备37
• 2.1.2 实验材料37-38
• 2.2 表征技术38-44
• 2.2.1 光学显微镜38-39
• 2.2.2 原子力显微镜39-40
• 2.2.3 扫描电子显微镜40
• 2.2.4 拉曼光谱40-42
• 2.2.5 光致发光谱42-43
• 2.2.6 X射线光电子能谱43-44
• 参考文献44-45
• 第三章 单层二硫化钼可控生长45-59
• 3.1 引言45
• 3.2 实验过程45-46
• 3.3 生长条件对单层二硫化钼制备的影响46-53
• 3.4 单层二硫化钼的表征53-55
• 3.5 本章小结55-56
• 参考文献56-59
• 第四章 不同气氛下的热处理对单层二硫化钼的影响59-69
• 4.1 引言59
• 4.2 样品制备59-60
• 4.3 不同气氛中退火60-66
• 4.3.1 氮气氛中退火60
• 4.3.2 硫气氛中退火60-61
• 4.3.3 空气中退火61-62
• 4.3.4 低真空中退火62-66
• 4.4 本章小结66-67
• 参考文献67-69
• 第五章 不同衬底对单层二硫化钼光学性质的影响69-77
• 5.1 引言69
• 5.2 实验69-70
• 5.2.1 单层二硫化钼的制备过程69
• 5.2.2 单层二硫化钼的转移69-70
• 5.3 结果与讨论70-73
• 5.3.1 不同衬底对生长单层二硫化钼的影响70-72
• 5.3.2 单层二硫化钼的转移研究72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 参考文献74-77
• 在读期间发表的学术论文与研究成果77-79
• 致谢79

【共引文献】

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本文编号：266458