二维过渡金属硫族化物的制备、层数识别与光学性质研究
发布时间：2021-06-10 19:05
自从2004年石墨烯被成功制备以来,人们对二维纳米材料体系的研究兴趣逐步升温,截止至今,已经有超过2000多种二维材料被相继报道。其中,类石墨烯结构的过渡金属硫族化物（TMDs）作为典型二维材料有着独特的电子能带结构,并且其能带结构对自身层数有着较强的依赖性。常见的TMDs（例如:MoS2,WS2,WSe2,MoSe2等）随着层数减少到单层,能带结构会从间接带隙转变为直接带隙结构。这就使得二维TMDs材料的光学、电学等性质随之发生显著的改变。所以,如何准确、快速并且无损地识别TMDs材料的层数是其在基础研究和实际应用时的关键一步。为此,本论文以机械剥离法和化学气相沉积法（CVD）制备了不同层数的MoS2、WS2和WSe2纳米薄膜;在此基础上,建立了少层样品层数与其光学衬度、拉曼光谱以及光致发光谱的定量对应关系。同时,利用不同电负性材料对单层MoS2的光学性质进行调控,充分理解TMDs体系中的多激子束缚态（many...
【文章来源】：东北师范大学吉林省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）–（c）分别是TMDs的2H相、3R相和1T相的结构示意图
图 1.2 用 DFT/PBE0 计算的不同层数 MoS2的能带结构[22]如图所示，体材料到少层变化时，MoS2的导带底（Conduction Band MinimumBM）位于布里渊区 K 和 Γ 之间，价带顶（Valence Band Maximum，简称 VB Γ 点。但是，随着层数的减少，CBM 的 K 点到 VBM 的 K 点的直接带隙基本不接带隙不断变大，这种能带结构的转变来源于层间去耦合造成的量子局域效应减薄为单层，直接带隙值小于间接带隙值，实现了从间接带隙半导体向直接带的改变。对应于能带结构，体材料到少层的 TMDs 的光致发光峰都是由直接跃迁发光和发光组成。尽管间接跃迁需要声子的辅助，但是由于带隙小，载流子的占据几率接跃迁发光在光致发光中占据了一定比例，有些 TMDs 材料中甚至强于直接跃除此之外，对于少层 TMDs，还会在直接跃迁峰的高能侧出现一个由于价带劈直接跃迁发光峰。为了区分，人们常把这个能量较高的直接跃迁发光叫 B 激能量较低的直接跃迁发光叫 A 激子发光。少层 TMDs 的发光，很容易受到电子掺杂的影响。例如，当电子掺入时，Mo子发光会发生红移，这是由于体系中电子浓度升高导致中性激子向负电三子
二维材料的发展离不开制备方法的不断改进，TMDs 由于可变的带隙在光电器被广泛关注，对其制备方法的不断改良也让它与实际应用的距离越来越近。到，对 TMDs 等二维材料的制备主要分为“自上而下”和“自下而上”两大类，上而下”是把较厚的材料减薄的过程，而“自下而上”恰好相反。下面将对两的几个典型制备方法分别细述。1 “自上而下”的制备方法）机械剥离机械剥离法是一种传统的制备 TMDs 等二维材料的方法，早在上世纪六十年代现[27]。在 2004 年，英国曼彻斯特大学科学家 Andre Geim 和 Konstantin Nov械剥离的方法首次发现了石墨烯，证明了单原子层可以在室温下稳定存在[1,7史性突破，真正开启了二维材料之门。现如今，Scotch 胶带已被广泛用于机械来说，机械剥离就是利用黏性较强的胶带对材料不断进行分层。原理是利用胶之间较强的黏性力打破材料自身的弱的层间范得瓦尔斯力，不断将厚层撕开，的效果。机械剥离过程的示意如图 1.3 所示。
本文编号：3222953
【文章来源】：东北师范大学吉林省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）–（c）分别是TMDs的2H相、3R相和1T相的结构示意图
图 1.2 用 DFT/PBE0 计算的不同层数 MoS2的能带结构[22]如图所示，体材料到少层变化时，MoS2的导带底（Conduction Band MinimumBM）位于布里渊区 K 和 Γ 之间，价带顶（Valence Band Maximum，简称 VB Γ 点。但是，随着层数的减少，CBM 的 K 点到 VBM 的 K 点的直接带隙基本不接带隙不断变大，这种能带结构的转变来源于层间去耦合造成的量子局域效应减薄为单层，直接带隙值小于间接带隙值，实现了从间接带隙半导体向直接带的改变。对应于能带结构，体材料到少层的 TMDs 的光致发光峰都是由直接跃迁发光和发光组成。尽管间接跃迁需要声子的辅助，但是由于带隙小，载流子的占据几率接跃迁发光在光致发光中占据了一定比例，有些 TMDs 材料中甚至强于直接跃除此之外，对于少层 TMDs，还会在直接跃迁峰的高能侧出现一个由于价带劈直接跃迁发光峰。为了区分，人们常把这个能量较高的直接跃迁发光叫 B 激能量较低的直接跃迁发光叫 A 激子发光。少层 TMDs 的发光，很容易受到电子掺杂的影响。例如，当电子掺入时，Mo子发光会发生红移，这是由于体系中电子浓度升高导致中性激子向负电三子
二维材料的发展离不开制备方法的不断改进，TMDs 由于可变的带隙在光电器被广泛关注，对其制备方法的不断改良也让它与实际应用的距离越来越近。到，对 TMDs 等二维材料的制备主要分为“自上而下”和“自下而上”两大类，上而下”是把较厚的材料减薄的过程，而“自下而上”恰好相反。下面将对两的几个典型制备方法分别细述。1 “自上而下”的制备方法）机械剥离机械剥离法是一种传统的制备 TMDs 等二维材料的方法，早在上世纪六十年代现[27]。在 2004 年，英国曼彻斯特大学科学家 Andre Geim 和 Konstantin Nov械剥离的方法首次发现了石墨烯，证明了单原子层可以在室温下稳定存在[1,7史性突破，真正开启了二维材料之门。现如今，Scotch 胶带已被广泛用于机械来说，机械剥离就是利用黏性较强的胶带对材料不断进行分层。原理是利用胶之间较强的黏性力打破材料自身的弱的层间范得瓦尔斯力，不断将厚层撕开，的效果。机械剥离过程的示意如图 1.3 所示。
本文编号：3222953
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