二維納米材料因其具有獨(dú)特的力學(xué)、光學(xué)與電磁學(xué)特性,在微電子領(lǐng)域受到人們的廣泛關(guān)注。石墨烯、二硫化鉬(MoS2)、黑磷等,都是典型的二維納米材料。石墨烯的禁帶問題限制了它在大規(guī)模集成電路中的應(yīng)用。不同于石墨烯“零帶隙”的電子結(jié)構(gòu),單層MoS2具有“直接帶隙”的特點(diǎn)。這一特點(diǎn)使單層MoS2具有優(yōu)秀的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì),廣受人們關(guān)注。由于MoS2的光致發(fā)光、熒光壽命以及激發(fā)動(dòng)力學(xué)過程等光學(xué)特性與樣品的層厚、基片環(huán)境以及制備方法等密切相關(guān),本文將利用光致發(fā)光、熒光壽命以及時(shí)間分辨測(cè)量等手段對(duì)原子層MoS2材料的光學(xué)特性開展系統(tǒng)深入的研究。本論文的主要工作分為兩大部分:一是,搭建用于激發(fā)動(dòng)力學(xué)過程研究的單/雙色泵浦-探測(cè)(pump-probe)系統(tǒng)和超連續(xù)譜pump-probe測(cè)量系統(tǒng);二是,利用光致發(fā)光光譜和熒光壽命測(cè)量系統(tǒng)以及所搭建的超連續(xù)光pump-probe系統(tǒng)分別對(duì)采用化學(xué)氣相沉積(CVD)法在硅/二氧化硅(Si/SiO2)基底上生長(zhǎng)的單層MoS2材料的光致發(fā)光、熒光壽命以及在藍(lán)寶石(Al2O3)基底上生長(zhǎng)的單層MoS2材料的光致發(fā)光、時(shí)間分辨瞬態(tài)吸收特性等超快光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)量與研究。完成的主要工作及取得的部分結(jié)果如下:1.成功搭建了單/雙色pump-probe測(cè)量系統(tǒng)。其中包括控制部分、光路部分和數(shù)據(jù)采集部分。整套系統(tǒng)通過Labview程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行,采用鎖相放大器的方法進(jìn)行信號(hào)采集以提高信噪比。該系統(tǒng)已在染料敏化太陽(yáng)能電池的傳輸過程中得以應(yīng)用。2.搭建了超連續(xù)譜pump-probe測(cè)量系統(tǒng)。其中包括控制部分、光路部分和超連續(xù)光產(chǎn)生裝置。整個(gè)系統(tǒng)通過Labview程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行,采用光譜儀對(duì)時(shí)間分辨瞬態(tài)吸收光譜進(jìn)行采集。3.利用光致發(fā)光光譜和熒光壽命測(cè)量系統(tǒng)研究了在硅/二氧化硅基底上生長(zhǎng)的單層MoS2材料的光致發(fā)光和熒光壽命特性。在單層MoS2樣品中觀測(cè)到分別對(duì)應(yīng)于A激子和B激子復(fù)合躍遷的兩個(gè)光致發(fā)光峰。其發(fā)光隨溫度變化規(guī)律符合一般半導(dǎo)體的演變規(guī)律。變溫?zé)晒鈮勖Y(jié)果顯示其熒光壽命隨溫度不發(fā)生明顯改變,其熒光壽命大小在20ps左右。該結(jié)果表明,用CVD法制得基于硅/二氧化硅基底的單層MoS2材料成膜面積大、質(zhì)量高,具有穩(wěn)定的光學(xué)性質(zhì)。這些特點(diǎn)非常有利于單層MoS2材料在光電子器件中應(yīng)用。4.利用光致發(fā)光光、熒光壽命以及搭建的超連續(xù)pump-probe測(cè)量系統(tǒng)對(duì)在藍(lán)寶石(Al2O3)基底上生長(zhǎng)的單層MoS2樣品的光致發(fā)光和飛秒時(shí)間分辨瞬態(tài)吸收特性進(jìn)行了測(cè)量與研究。光致發(fā)光結(jié)果顯示在Al2O3基片只觀測(cè)到一個(gè)明顯的發(fā)光峰,而樣品的光致發(fā)光則有兩個(gè)明顯的發(fā)光峰。時(shí)間分辨測(cè)量結(jié)果表明,單層MoS2樣品和Al2O3之間具有強(qiáng)的耦合作用,光照激發(fā)下樣品和基片間會(huì)發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1

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本文編號(hào)：1840761