二硫化鉬薄膜及其光電器件的制備和性質(zhì)研究
發(fā)布時(shí)間：2021-08-01 12:29
以石墨烯、二硫化鉬（MoS2）為代表的二維層狀納米材料,由于其具有良好的穩(wěn)定性、豐富的結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的性質(zhì),在電子、光電器件和傳感器等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景,逐漸成為了物理、化學(xué)、材料科學(xué)等諸多領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。不同于石墨烯的零帶隙,MoS2納米材料具有可調(diào)控帶隙。MoS2獨(dú)特的帶隙特點(diǎn)使其在各類功能器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本論文利用機(jī)械剝離法及化學(xué)氣相沉積法（CVD）制備了高質(zhì)量少層MoS2薄膜及MoS2/WS2異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料,并對(duì)材料的形貌、組分及光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征分析。成功制備了基于不同層數(shù)的MoS2薄膜及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)的背柵場效應(yīng)晶體管,并將器件應(yīng)用于高靈敏光電探測器及低濃度微量葡萄糖生物傳感器中。主要研究內(nèi)容如下:（1）開展了少層MoS2薄膜的制備及光學(xué)性質(zhì)方面的研究。采用CVD及機(jī)械剝離法制備出高質(zhì)量的少層MoS2薄膜,并對(duì)材料的晶體結(jié)構(gòu)、形貌、厚度及光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。根據(jù)CVD法...
【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省
【文章頁數(shù)】：112 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
石墨烯的基本性質(zhì)，（a）石墨烯基本晶體模型，（b）石墨烯的能帶色散關(guān)系圖譜
圖 1.2 六方氮化硼作為石墨烯器件的襯底材料[47]石墨烯相同，六方氮化硼器件的構(gòu)筑主要也是依靠機(jī)械剝離法，所陷少，質(zhì)量高，但產(chǎn)率極低。另外，有關(guān)報(bào)道中提到了可用液相剝量的六方氮化硼[39,51]，用此方法所制備的六方氮化硼通常是從亞微隨機(jī)厚度分布的納米片，這個(gè)特點(diǎn)限制了其在器件領(lǐng)域中的應(yīng)用D 法對(duì)于合成大面積高質(zhì)量可控層數(shù)的六方氮化硼納米材料展示力。研究人員主要采用 CVD 法在 Cu、Fe、Ru、Ni、Pt 等多晶金六方氮化硼。與石墨烯不同，BN 由兩種元素組成，一般來講，提方式主要有兩類，其中一種是采用獨(dú)立源，即 NH3作為 N 源，BH 原。另一種方式是采用 B、N 元素比為 1:1 的液態(tài)環(huán)硼氮烷（（BH）3（硼烷胺（H3NBH3）來同時(shí)作為 B 原及 N 原。2010 年，Kong 研究在鎳箔及銅箔表面分別制備出多層及單層的六方氮化硼[52,53]，其為前驅(qū)體獲得了高質(zhì)量的六方氮化硼，該研究發(fā)現(xiàn)所生長的六方氮襯底的選擇密切相關(guān)。除了在金屬襯底上生長六方氮化硼以外，也底上進(jìn)行 CVD 法制備。Yin 等人在 Ge 基底上外延生長出高質(zhì)量
圖 1.3 黑磷的結(jié)構(gòu)及帶隙（a）黑磷結(jié)構(gòu)示意圖，（b）黑磷能帶隨層數(shù)變化情況[83,84]一方面，隨著層數(shù)的改變，黑磷的帶隙逐漸從 0.3 eV 增大到 2.0 eV[88-94]，能帶范圍剛好介于石墨烯與 MoS2之間，填補(bǔ)兩者之間的能帶空隙，這一特點(diǎn)促使黑磷在紅外光電探測領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價(jià)值[95-98]。另一方面，在能帶調(diào)制的過程中，黑磷始終保持直接帶隙，如圖 1.3 所示，不同于 MoS2只有單層膜才具有直接帶隙那樣苛刻。除此之外，由于黑磷具有面內(nèi)各向異性的特點(diǎn)，促使其可廣泛的適用于熱電材料，電聲相互作用及神經(jīng)系統(tǒng)等領(lǐng)域的研究[99-104]。盡管這種新型的二維材料具有出色的電學(xué)性能，但關(guān)于黑磷的研究目前仍存在諸多的困難與挑戰(zhàn)。例如，在材料的制備方面，早期的研究中，黑磷單晶的制備方法主要是通過高壓或汞催化合成法[105,106]，這兩種制備方法具有工藝復(fù)雜，成本高，原料有毒，單晶尺寸小，產(chǎn)量低等缺點(diǎn)，不利于材料的大規(guī)�？煽刂苽洹Ｄ壳�，關(guān)于高質(zhì)量黑磷單晶的制備仍然是該領(lǐng)域研究的重要課題。關(guān)于大面積單層及多層黑磷的制備方面，目前主要依靠的方法是液相超聲和機(jī)械剝離，黑磷目前還無法像過渡金屬硫族化合物或石墨烯一樣通過 CVD 法制備，這一缺點(diǎn)無疑限制了黑磷在光電器件領(lǐng)域中的應(yīng)用。另外，單層的黑磷薄膜在室溫環(huán)境中極不
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Indirect-direct band gap transition of two-dimensional arsenic layered semiconductors—cousins of black phosphorus[J]. LUO Kun,CHEN ShiYou,DUAN ChunGang. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(08)
[2]有機(jī)光敏場效應(yīng)晶體管研究進(jìn)展[J]. 楊盛誼,陳小川,尹東東,施園,婁志東. 半導(dǎo)體光電. 2008(06)
本文編號(hào)：3315529
【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省
【文章頁數(shù)】：112 頁
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
石墨烯的基本性質(zhì)，（a）石墨烯基本晶體模型，（b）石墨烯的能帶色散關(guān)系圖譜
圖 1.2 六方氮化硼作為石墨烯器件的襯底材料[47]石墨烯相同，六方氮化硼器件的構(gòu)筑主要也是依靠機(jī)械剝離法，所陷少，質(zhì)量高，但產(chǎn)率極低。另外，有關(guān)報(bào)道中提到了可用液相剝量的六方氮化硼[39,51]，用此方法所制備的六方氮化硼通常是從亞微隨機(jī)厚度分布的納米片，這個(gè)特點(diǎn)限制了其在器件領(lǐng)域中的應(yīng)用D 法對(duì)于合成大面積高質(zhì)量可控層數(shù)的六方氮化硼納米材料展示力。研究人員主要采用 CVD 法在 Cu、Fe、Ru、Ni、Pt 等多晶金六方氮化硼。與石墨烯不同，BN 由兩種元素組成，一般來講，提方式主要有兩類，其中一種是采用獨(dú)立源，即 NH3作為 N 源，BH 原。另一種方式是采用 B、N 元素比為 1:1 的液態(tài)環(huán)硼氮烷（（BH）3（硼烷胺（H3NBH3）來同時(shí)作為 B 原及 N 原。2010 年，Kong 研究在鎳箔及銅箔表面分別制備出多層及單層的六方氮化硼[52,53]，其為前驅(qū)體獲得了高質(zhì)量的六方氮化硼，該研究發(fā)現(xiàn)所生長的六方氮襯底的選擇密切相關(guān)。除了在金屬襯底上生長六方氮化硼以外，也底上進(jìn)行 CVD 法制備。Yin 等人在 Ge 基底上外延生長出高質(zhì)量
圖 1.3 黑磷的結(jié)構(gòu)及帶隙（a）黑磷結(jié)構(gòu)示意圖，（b）黑磷能帶隨層數(shù)變化情況[83,84]一方面，隨著層數(shù)的改變，黑磷的帶隙逐漸從 0.3 eV 增大到 2.0 eV[88-94]，能帶范圍剛好介于石墨烯與 MoS2之間，填補(bǔ)兩者之間的能帶空隙，這一特點(diǎn)促使黑磷在紅外光電探測領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價(jià)值[95-98]。另一方面，在能帶調(diào)制的過程中，黑磷始終保持直接帶隙，如圖 1.3 所示，不同于 MoS2只有單層膜才具有直接帶隙那樣苛刻。除此之外，由于黑磷具有面內(nèi)各向異性的特點(diǎn)，促使其可廣泛的適用于熱電材料，電聲相互作用及神經(jīng)系統(tǒng)等領(lǐng)域的研究[99-104]。盡管這種新型的二維材料具有出色的電學(xué)性能，但關(guān)于黑磷的研究目前仍存在諸多的困難與挑戰(zhàn)。例如，在材料的制備方面，早期的研究中，黑磷單晶的制備方法主要是通過高壓或汞催化合成法[105,106]，這兩種制備方法具有工藝復(fù)雜，成本高，原料有毒，單晶尺寸小，產(chǎn)量低等缺點(diǎn)，不利于材料的大規(guī)�？煽刂苽洹Ｄ壳�，關(guān)于高質(zhì)量黑磷單晶的制備仍然是該領(lǐng)域研究的重要課題。關(guān)于大面積單層及多層黑磷的制備方面，目前主要依靠的方法是液相超聲和機(jī)械剝離，黑磷目前還無法像過渡金屬硫族化合物或石墨烯一樣通過 CVD 法制備，這一缺點(diǎn)無疑限制了黑磷在光電器件領(lǐng)域中的應(yīng)用。另外，單層的黑磷薄膜在室溫環(huán)境中極不
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Indirect-direct band gap transition of two-dimensional arsenic layered semiconductors—cousins of black phosphorus[J]. LUO Kun,CHEN ShiYou,DUAN ChunGang. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(08)
[2]有機(jī)光敏場效應(yīng)晶體管研究進(jìn)展[J]. 楊盛誼,陳小川,尹東東,施園,婁志東. 半導(dǎo)體光電. 2008(06)
本文編號(hào)：3315529
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