二硫化鉬和二硒化鉬是典型的過渡金屬二硫族化合物（TMDCs）,具有層狀結(jié)構(gòu)。在常溫條件下,TMDCs通常以六方相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在,過渡金屬原子和硫族原子交替形成與石墨烯類似的六角蜂窩狀結(jié)構(gòu),過渡金屬原子夾在兩層硫族原子之間,通過離子共價鍵的作用形成一個單元層。TMDCs的能帶結(jié)構(gòu)明顯依賴于其層數(shù),帶隙隨著層數(shù)的減小而逐漸增大,當(dāng)層數(shù)減為單層時,帶隙達到最大,并由間接帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋?同時應(yīng)變力、缺陷、表面修飾和異質(zhì)界面效應(yīng)等對其帶隙具有調(diào)控作用。因此,TMDCs在電子學(xué)、光電子學(xué)、能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用前景,然而,可控、高效、規(guī)�；睾铣蒚MDCs仍然存在挑戰(zhàn)性,尤其是可控制備大面積連續(xù)的二維TMDCs仍面臨諸多困難,比如缺陷難以控制、表面易污染、成本較高等。為此,本文工作以未來實際應(yīng)用為目標,基于化學(xué)氣相沉積法（CVD）,探索合成TMDCs的關(guān)鍵因素和參數(shù),試圖實現(xiàn)大尺寸二維TMDCs的可控制備,進而為二維TMDCs在電子學(xué)和光電子學(xué)等領(lǐng)域的實際應(yīng)用提供實驗和技術(shù)支撐。本文主要以二硫化鉬和二硒化鉬（MoX₂,X=S或Se）為合成對象,對比分析了兩套不同的CV... 

【文章來源】：重慶理工大學(xué)重慶市

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

MoX2的晶體結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)示意圖[20]，圖中X代表S或Se原子，M代表Mo原子，2H為六角對稱結(jié)構(gòu)，3R為菱形對稱結(jié)構(gòu)，1T為正方對稱結(jié)構(gòu)

重慶理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4（2）MoX2的能帶結(jié)構(gòu)二維MoX2屬于TMDCs，是典型的半導(dǎo)體材料，它們有著相似的電子能帶結(jié)構(gòu)，由層間的軌道耦合效應(yīng)所影響。它們的帶隙隨著材料厚度的變化而不同，據(jù)文獻中理論計算報道的塊體MoS2帶隙約為1.2eV，而單層MoS2的帶隙約為1.9eV[24]，圖1.2（a）為它的電子能帶結(jié)構(gòu)圖，展示了MoS2從塊體到單層的6幅能帶結(jié)構(gòu)變化圖。而塊體MoSe2的帶隙約為0.86eV，單層MoSe2的帶隙約為1.49eV[25]，圖1.2（b）為其能帶結(jié)構(gòu)圖，展示了MoSe2塊體和單層的能帶結(jié)構(gòu)。在圖1.2（a）中，當(dāng)MoS2為體材料時，布里淵區(qū)里，價帶頂與導(dǎo)帶底在波矢K與Γ之間，隨著層數(shù)逐漸減小，導(dǎo)帶底被緩慢抬高，在激光作用下，價帶頂?shù)碾娮游展庾榆S遷到導(dǎo)帶，電子的躍遷方式屬于非垂直躍遷。當(dāng)MoS2的厚度減少到單層時，價帶頂與導(dǎo)帶底都處于布里淵區(qū)里的波矢K處，此時電子的躍遷方式屬于垂直躍遷。此外，由于自旋軌道耦合作用，價帶分裂為高能量的V1和低能量的V2，躍遷到導(dǎo)帶底的電子與價帶頂?shù)目昭ㄐ纬呻娮?空穴束縛對，價帶V2和V1對應(yīng)的束縛體系激子分別被稱為B和A0激子，A0激子還能吸收額外的電子形成三激子體系，被稱之為A-激子，在庫侖力的作用下，激子對會到達相應(yīng)的能級，并以發(fā)光的形式釋放一定的能量，處于高能量態(tài)不穩(wěn)定的激子，躍遷復(fù)合后也會產(chǎn)生熒光現(xiàn)象[26]。在圖1.2（b）中，當(dāng)MoSe2為塊體時，在布里淵區(qū)里，找不到一個波矢位置使導(dǎo)帶底和價帶頂在豎直方向上重合，然而當(dāng)MoSe2的厚度變?yōu)閱螌訒r，在波矢K位置處，價帶頂與導(dǎo)帶底在豎直方向上對齊，在激光作用下，電子會發(fā)生垂直躍遷現(xiàn)象。圖1.2（a）不同層數(shù)MoS2的電子能帶結(jié)構(gòu)圖[24]，（b）塊體和單層MoSe2的電子能帶結(jié)構(gòu)圖[25]，其中黑色代表塊體，紅色代表單層。

譜鞒⌒в??騫埽‵ET），2019年，新加坡國立大學(xué)的S.W.Tong等人[29]通過薄層MoS2制作了背柵極場效應(yīng)晶體管，圖1.3（a）展示了多個器件的實物圖和載流子遷移率分布情況，器件的開關(guān)比可達106，最高載流子遷移率為90cm2V-1s-1。2016年，YangHang等人[30]通過機械剝離法得到了薄層MoSe2，制作了場效應(yīng)晶體管，如圖1.3（b）所示，為MoSe2場效應(yīng)晶體管的電極實物圖。測試得到器件的開關(guān)比大于105，載流子遷移率為1.79cm2V-1s-1。以上兩個課題組的實驗結(jié)果都表明了二維MoX2在場效應(yīng)晶體管電子器件方向前景可觀。圖1.3MoX2的場效應(yīng)晶體管，（a）MoS2場效應(yīng)晶體管實物圖[29]，（b）MoSe2場效應(yīng)晶體管實物圖[30]。二維MoX2還有著良好的光學(xué)性能，2010年，Andreasplediani等人[31]報道了超薄MoS2的光致熒光現(xiàn)象，圖1.4（a）為MoS2的拉曼和熒光光譜，它的熒光強度隨著層數(shù)的減少而增強，當(dāng)層數(shù)為單層時熒光強度最強，這種驚人的熒光現(xiàn)象為納米光電子器件的應(yīng)用打下了基矗2017年，PilJuKo等人[32]通過機械剝離法制備了少數(shù)層MoSe2，圖1.4（b）為MoSe2的拉曼和熒光光譜圖，隨著層數(shù)的增多，熒光強度變?nèi)跚覠晒夥灏l(fā)生了紅移，拉曼峰A1g右移，E12g左移。用MoSe2納米片制作了高性能的近紅外光電探測器，在近紅外光激發(fā)下，光響應(yīng)可達238AW-1，探測率高達7.6×1011cmHz1/2W-1。從不同厚度二維MoX2的拉曼以及熒光光譜圖可知，在激光作用下，少數(shù)層的二維MoX2對光有較高的敏感性，在未來的光學(xué)和光電子學(xué)領(lǐng)域，二維MoX2必將有廣闊的應(yīng)用天地。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]生長時間對二硫化鉬的化學(xué)氣相生長及其光電性能的影響[J]. 石侃,張敏,祝祖送.  中國照明電器. 2019(12)
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[3]二硒化鉬合成與應(yīng)用的研究進展[J]. 亓淑艷,劉小虎,陳明.  哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報. 2016(01)
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本文編號：3489602