层状过渡金属硫属化合物自支撑结构的设计和层间相互作用的研究

发布时间：2017-04-24 12:16

  本文关键词：层状过渡金属硫属化合物自支撑结构的设计和层间相互作用的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：原子层厚度的二维材料,由于其电子被限制在二维平面方向运动而具有一些不同于三维体材料的独特的力、热、电、光性能,因而将会在未来的几年到几十年之间成为物理、材料、生物、化学等领域研究的重点和热点。二维层状过渡金属硫属化合物(TMDCs),一种不同于石墨烯的零带隙结构,因为其具有厚度依赖性的能带结构和易调控的物理化学性能,而在众多二维材料中展现出了巨大的优势和发展前景。众所周知,当层状材料的厚度减小到一两个原子层的厚度时,其表面会变得非常敏感。例如对衬底和周围环境或层间的堆垛结构等异常敏感,这就导致其具有易调控的物理化学性能。本论文从TMDCs材料原子层面的相互作用出发,从两个方面对其进行研究：(1)从里往外看,研究不受外界衬底影响的TMDCs材料自支撑结构的制备；(2)从外往里看,研究层与层间的相互作用,如相邻层间边界的相互作用和层间的耦合作用。针对自支撑结构的制备,本论文结合化学气相沉积和湿接触印刷技术,成功地在多种纳米图案衬底上制备了大面积的层状TMDCs材料的自支撑结构。随后,我们对这种纳米尺度上形成的独特的固液气界面进行了分析,并对自支撑结构形成的机理进行了探索,这为在其他纳米图案衬底上设计不同层状材料的自支撑结构提供了理论指导和实验摸索。最后,我们制备得到了基于层状TMDCs材料的自支撑结构的光电探测器,并测试了其光电性能。对于相邻层边界的相互作用而言,本论文首次观察到了MoSe2单层与双层、双层和三层边界上内在结的存在,同时其表现出了比较明显的整流效应和光伏效应。通过对相邻层边界上精细能带结构的理论计算和实验分析,我们发现这种结是一种类似于p-n结的半导体结。不同于传统半导体结,这是一种仅二维TMDCs材料才具有的本征结,并且其强度具有厚度依赖性。最后,我们通过制备基于此结的串联太阳能电池阵列来说明其在工业应用和商业方面具有巨大的发展潜力。对于层间的耦合作用而言,本论文首先通过范德瓦耳斯外延生长法制备了C7堆垛结构的MoSe2/WSe2异质结结构。实验发现这种堆垛方式具有较强的层间耦合作用,并能观察到发光耦合峰。然后,我们通过设计不同的机械拉伸模式实现了对耦合作用大小的调节。实验发现在外界应力的作用下,层内直接带隙(MoSe2或WSe2)能带结构的变化和层间(耦合峰)间接带隙能带结构的相对变化,这为后面提高基于面间异质结柔性器件的光电性能具有指导作用。本论文通过对TMDCs材料在原子层面上相互作用的研究,丰富了对TMDCs材料性能的调控方法,扩展了人们从原子层面对TMDCs材料的认识,并且推动了基于TMDCs材料半导体器件的发展。
【关键词】：二维层状过渡金属硫属化合物 相互作用 自支撑结构 半导体结 层间的耦合作用
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O611.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-48
• 1.1 研究背景—从石墨烯到层状TMDCs10-12
• 1.2 层状TMDCs的基本物理性质12-18
• 1.2.1 原子结构12-13
• 1.2.2 能带结构13-15
• 1.2.3 光电性质15-17
• 1.2.4 力学性质17-18
• 1.3 基于原子层厚度的性能调控18-26
• 1.3.1 外界调控—衬底、应力和电场18-22
• 1.3.2 内部调控—厚度、合金和异质结22-26
• 1.4 目前的制备方法26-29
• 1.5 基于层状TMDcs半导体器件的应用29-33
• 1.6 本论文的动机及主要内容33-35
• 1.7 参考文献35-48
• 第二章 实验方法和测试手段48-52
• 2.1 材料生长48
• 2.2 器件制备工艺48-50
• 2.2.1 材料的转移49
• 2.2.2 微纳加工技术49-50
• 2.3 器件的电学测试50-52
• 第三章 层状TMDCS材料自支撑结构的制备及机理研究52-68
• 3.1 研究背景52-54
• 3.2 技术路线和实验结果54-56
• 3.3 对于自支撑结构形成的机理分析56-62
• 3.4 自支撑结构制备的普适性研究62-63
• 3.5 基于自支撑结构的光电探测器63-65
• 3.6 本章小结65
• 3.7 参考文章65-68
• 第四章 层状TMDCS材料内在半导体结的研究(1)68-82
• 4.1 引言69-70
• 4.2 多层TMDCs的大面积、层数可控制备70
• 4.3 多层TMDCs的表征70-76
• 4.4 本章小结76-77
• 4.5 参考文章77-82
• 第五章 层状TMDCS材料内在半导体结的研究(2)82-94
• 5.1 引言82
• 5.2 实验部分82-83
• 5.3 实验结果及机理分析83-91
• 5.4 小结91
• 5.5 参考文章91-94
• 第六章 层状TMDCS材料层间耦合作用的探索94-110
• 6.1 引言94-96
• 6.2 实验部分96-98
• 6.2.1 MoSe_2/WSe_2异质结生长96-97
• 6.2.2 实验设计97-98
• 6.2.3 拉伸实验98
• 6.3 实验结果及内在机理分析98-105
• 6.3.1 MoSe_2/WSe_2异质结各特征峰的判断98-100
• 6.3.2 MoSe_2/WSe_2异质结拉伸结果分析100-105
• 6.4 本章小结105-106
• 6.5 参考文献106-110
• 第七章 总结和将来的工作计划110-114
• 7.1 总结110-111
• 7.2 将来的工作计划111-112
• 7.3 参考文献112-114
• 在学期间的研究成果114-118
• 致谢118

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;实用新型专利[J];中国皮革;2013年14期

2 王志坚;杨丹;王敏;;皮带走廊下部支撑结构耐久性问题的探讨[J];山西建筑;2009年06期

3 周邵萍;苏永升;邹惠芬;高海士;;E-GB110型风机机组支撑结构的振动分析[J];华东理工大学学报(自然科学版);2006年08期

4 杨乾;潘瑞;;轻钢框架-支撑结构模拟地震试验研究[J];新疆有色金属;2013年01期

5 ;不需要鞋底的“魔吉拖”[J];发明与创新(综合版);2009年11期

6 孙吉产;;大直径薄壁容器吊装及支撑结构设计[J];石油化工设备技术;2012年03期

7 苏阳;;一种填料支撑结构的设计与计算[J];石油化工设备技术;2013年05期

8 贾凯;熊召;杨闯;高恒;徐攀;杨峰;张彬;;大口径KDP晶体实现高效三倍频转换的新型支撑结构（英文）[J];中国激光;2013年07期

9 魏平夷;;FOCKE350S条盒商标纸拾取轮总成支撑的改进[J];陕西理工学院学报(自然科学版);2008年02期

10 聂金宁;李志凤;;烘丝机滚筒支撑结构设计与强度分析[J];现代制造技术与装备;2013年05期

中国重要会议论文全文数据库 前6条

1 李学涛;苗常青;马浩;杜星文;;空间充气天线支撑结构动载作用下力学分析[A];首届全国航空航天领域中的力学问题学术研讨会论文集（下册）[C];2004年

2 朱佳宁;白国良;李红星;;大型火电厂空冷主支撑结构动力特性分析[A];首届全国建筑结构技术交流会论文集[C];2006年

3 吴文凯;李经泽;胡绍全;朱明智;;大型光学支撑结构的动态设计[A];中国工程物理研究院科技年报（1999）[C];1999年

4 王杰;;新型LED显示支撑结构材料的技术应用[A];第23届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）[C];2014年

5 卢勃勃;谭宁;;圆杆式冷质部件支撑结构的稳定性分析[A];第九届全国动力学与控制学术会议会议手册[C];2012年

6 李峰;张素梅;;采用钢管混凝土柱的框架-支撑结构性能分析[A];中国钢协钢-混凝土组合结构协会第八次年会论文集[C];2001年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 延安市发展和改革委员会主任 高福华;强力推进重大项目建设 支撑结构调整转型发展[N];陕西日报;2013年

2 ;一体机的改善空间[N];电脑报;2011年

3 记者 习少颖、通讯员 曹非;武汉三产业急需结构调整[N];湖北日报;2000年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 何勇民;层状过渡金属硫属化合物自支撑结构的设计和层间相互作用的研究[D];兰州大学;2015年

2 汤海波;高层建筑钢框架—支撑结构二阶随机反应分析[D];华南理工大学;1996年

3 孟s

本文编号：324200