单层Mo 1-x W x Se 2 组分梯度合金的可控制备和光电性能的研究
发布时间：2021-11-09 23:42
二维过渡金属硫族化合物（TMDC）,常见的如MoS2、MoSe2、WS2等,由于其独特的特性,如光学透明性,高的载流子迁移率和广泛可调的带隙等,为下一代光电子技术带来了新的机遇。二维TMDC合金化可以在较宽的能量范围内连续调节带隙,从而弥补了单个TMDC由于厚度限制的光吸收和带隙限制的光谱范围的缺点,促进具有光谱宽频带和高探测率的光探测器的发展。本论文将对单层Mo1-xWxSe2组分梯度合金薄膜的制备工艺与场效应晶体管展开研究,具体研究内容如下:（1）采用化学气相沉积法（CVD）制备了单层Mo1-x Wx Se2组分梯度合金薄膜。研究了生长过程中,基源距离,H2气流量,衬底位置等生长参数对单层Mo1-x WxSe2组分梯度合金薄膜形貌和尺寸的影响。通过调控生长参数,可以制备出横向尺寸达到150μm的单层Mo1-xWxSe2组分梯度合金薄膜。原子力显微镜表征结果显示Mo1-xWxSe2组分梯度薄膜的厚度约为1nm。（2）利用拉曼和光致发光光谱表征对单层Mo1-x WxSe2组分梯度合金的发光特性和结构性质进行了探究。光致发光光谱表明单层Mo1-xWxSe2组分梯度合金变化过程中始终表现为...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
元素周期表，其中组成过渡族金属硫属化物的元素已被标出[42]
第1章绪论3图1-2所示为多晶型结构的示意图。左边第一个晶体结构示意图为六方对称和配位方式为三棱柱的2H晶体结构，其重复单元为两个原子层。中间为菱形对称和配位方式为三棱柱的3R晶体结构，其重复单元为三个原子层。最右边为四方对称和配位方式为八面体的1T结构，其重复单元为一个原子层。硫族原子（X）是黄色，金属元素（M）是灰色。不同材料的晶格常数ａ的范围是0.31-0.37nm。堆叠指数c表示每个堆叠顺序中的层数，不同层之间的距离约0.65nm左右。这三种相并不是固定不变的，在外界刺激或者化学处理下可以转变。不同的相展现出的物理性质也各不相同，例如1T相为金属性，2H和3R表现出半导体的性质。图1-2多型结构的三种结构示意图（X为硫族原子，M为过渡族金属原子）a为晶格常数，c为堆叠指数[43]二硫化钼从块体过渡到单层的过程中，量子限域效应的影响会致使其能带结构发生变化，块体的带隙在1.3eV左右，而变化到单层时的带隙为1.8-1.9eV左右，带隙实现了从间接带隙到直接带隙的转变。如图1-3所示可以看到通过第一性原理计算可以清楚的观察到其能带结构的变化，在布里渊区Γ点，对于块状材料带隙跳跃是间接的，但是当逐渐变为单层时转变为直接带隙半导体。随着层数变化而能带发生变化主要是量子限制效应，导致在S原子中pz轨道和Mo原子中d轨道的杂化发生改变。空间中电子分布也与原子结构相关，对于二硫化钼来说，密度泛函理论计
燕山大学工学硕士学位论文4算显示Ｋ点导带的电子态主要是由于钼原子的局部ｄ轨道，Mo原子在两个S原子中间，相对不受层间原子的影响。然而，在Γ点附近的电子态是由在S原子中反键态pz轨道和Mo原子d轨道的相结合，具有非常强的层间耦合效应。因此，随着层数发生改变，在Ｋ点附近的直接激子态相对没有发生改变，但是Γ点位置显著的改变了，从间接带隙转变为能量更大的直接带隙。其它过渡金属族硫化物（如WSe2，MoSe2）都被预测过经历相似的转变，即随着层数的降低从间接带隙半导体转变为直接带隙半导体，带隙的能量覆盖了1.1eV-2.0eV。大多数半导体性质的TMDC的带隙，不管是块状材料还是单层时，与硅的1.1eV是可比的，使这些材料非常适合作为逻辑晶体管。图1-3通过第一性原理计算所得从块体、少层、双层和单层MoS2的能带结果示意图[44]1.2.2二维过渡金属硫族金属化合物的制备方法要想实现产业化的应用，必须要有稳定可控的制备方案。二维TMDC材料目前主要的制备方法可以分为两类：“自上而下”法和“自下而上”法。前者主要包含了机械剥离法，离子插层法和液相剥离法等，而后者包含的主要方法为化学气相沉积法（CVD）。机械剥离法[45]：这是一种制备二维材料较为普遍的方法，起初石墨烯的发现便是使用这种方法，用胶带撕扯破坏石墨层与层之间的范德瓦尔斯力，形成较薄的石
本文编号：3486131
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
元素周期表，其中组成过渡族金属硫属化物的元素已被标出[42]
第1章绪论3图1-2所示为多晶型结构的示意图。左边第一个晶体结构示意图为六方对称和配位方式为三棱柱的2H晶体结构，其重复单元为两个原子层。中间为菱形对称和配位方式为三棱柱的3R晶体结构，其重复单元为三个原子层。最右边为四方对称和配位方式为八面体的1T结构，其重复单元为一个原子层。硫族原子（X）是黄色，金属元素（M）是灰色。不同材料的晶格常数ａ的范围是0.31-0.37nm。堆叠指数c表示每个堆叠顺序中的层数，不同层之间的距离约0.65nm左右。这三种相并不是固定不变的，在外界刺激或者化学处理下可以转变。不同的相展现出的物理性质也各不相同，例如1T相为金属性，2H和3R表现出半导体的性质。图1-2多型结构的三种结构示意图（X为硫族原子，M为过渡族金属原子）a为晶格常数，c为堆叠指数[43]二硫化钼从块体过渡到单层的过程中，量子限域效应的影响会致使其能带结构发生变化，块体的带隙在1.3eV左右，而变化到单层时的带隙为1.8-1.9eV左右，带隙实现了从间接带隙到直接带隙的转变。如图1-3所示可以看到通过第一性原理计算可以清楚的观察到其能带结构的变化，在布里渊区Γ点，对于块状材料带隙跳跃是间接的，但是当逐渐变为单层时转变为直接带隙半导体。随着层数变化而能带发生变化主要是量子限制效应，导致在S原子中pz轨道和Mo原子中d轨道的杂化发生改变。空间中电子分布也与原子结构相关，对于二硫化钼来说，密度泛函理论计
燕山大学工学硕士学位论文4算显示Ｋ点导带的电子态主要是由于钼原子的局部ｄ轨道，Mo原子在两个S原子中间，相对不受层间原子的影响。然而，在Γ点附近的电子态是由在S原子中反键态pz轨道和Mo原子d轨道的相结合，具有非常强的层间耦合效应。因此，随着层数发生改变，在Ｋ点附近的直接激子态相对没有发生改变，但是Γ点位置显著的改变了，从间接带隙转变为能量更大的直接带隙。其它过渡金属族硫化物（如WSe2，MoSe2）都被预测过经历相似的转变，即随着层数的降低从间接带隙半导体转变为直接带隙半导体，带隙的能量覆盖了1.1eV-2.0eV。大多数半导体性质的TMDC的带隙，不管是块状材料还是单层时，与硅的1.1eV是可比的，使这些材料非常适合作为逻辑晶体管。图1-3通过第一性原理计算所得从块体、少层、双层和单层MoS2的能带结果示意图[44]1.2.2二维过渡金属硫族金属化合物的制备方法要想实现产业化的应用，必须要有稳定可控的制备方案。二维TMDC材料目前主要的制备方法可以分为两类：“自上而下”法和“自下而上”法。前者主要包含了机械剥离法，离子插层法和液相剥离法等，而后者包含的主要方法为化学气相沉积法（CVD）。机械剥离法[45]：这是一种制备二维材料较为普遍的方法，起初石墨烯的发现便是使用这种方法，用胶带撕扯破坏石墨层与层之间的范德瓦尔斯力，形成较薄的石
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