【摘要】：作為一類重要的二維平面半導(dǎo)體材料,二硫化鉬(MoS2)薄膜以其獨(dú)特的物理性能受到廣泛關(guān)注和深入研究。因其擁有與石墨烯類似的微觀結(jié)構(gòu)、具備較為理想的載流子遷移率以及對(duì)段溝道效應(yīng)近乎免疫等特點(diǎn),MoS2在多種微電子器件上,如儲(chǔ)氫器件、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)以及光電傳感器等,都有著很大的應(yīng)用前景。本文采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備了多種形貌的MoS2薄膜,并對(duì)薄膜形貌、結(jié)構(gòu)以及電學(xué)特性進(jìn)行了表征；在此基礎(chǔ)上,制備了不同層數(shù)、帶有背柵或頂柵結(jié)構(gòu)的MOSFET,并對(duì)MOSFET的電學(xué)性能進(jìn)行了表征；最后,本文還制備了MoS2基光敏傳感器,并對(duì)器件性能進(jìn)行了測(cè)試。具體研究?jī)?nèi)容如下：(1)對(duì)CVD法制備MoS2薄膜的工藝進(jìn)行了探索。通過(guò)光學(xué)顯微鏡、原子力顯微鏡、拉曼散射圖譜、XRD衍射圖譜等手段對(duì)MoS2薄膜的微觀形貌、結(jié)晶質(zhì)量等進(jìn)行了表征,研究了不同參數(shù)對(duì)MoS2薄膜制備的影響,確定了最優(yōu)工藝條件。并通過(guò)對(duì)工藝流程進(jìn)行改進(jìn)的方法減少了MoS2中3R亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)的出現(xiàn),有效的提高了薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。(2)分別選取了CVD法制得的單層或多層MoS2薄膜為溝道材料,制備了具有背柵結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET),并對(duì)MOSFET進(jìn)行了電學(xué)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明單層MoS2溝道載流子遷移率大小約為0.03±0.01 cm2V-1s-1,而3層MoS2溝道的載流子遷移率大小約為0.6 cmV-1s-1,大于單層MoS2溝道的電子遷移率。單層或多層MoS2溝道均為N型。制備了帶有頂柵結(jié)構(gòu)的MoS2場(chǎng)MOSFET,并對(duì)其電學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,引入高K值介電層能有效提高載流子遷移率至4.3 cm2V-1s-1.(3)使用預(yù)置圖形的方法在帶有二氧化硅的硅襯底上制備了條形MoS2薄膜,并將其轉(zhuǎn)移至透明襯底,制備了透明MoS2基光敏傳感器,并對(duì)傳感器的性能進(jìn)行了測(cè)試。使用波長(zhǎng)580 nm的黃色光源測(cè)試光敏傳感器的光響應(yīng)度。測(cè)試結(jié)果表明器件對(duì)黃色光源的光響應(yīng)度大小約為1.92×10-AW-1。
[Abstract]:As an important two-dimensional planar semiconductor material, molybdenum disulfide (MoS2) thin films have been widely studied for their unique physical properties. Because of its similar microstructure to graphene, ideal carrier mobility and near immunity to segment channel effect, MoS2 is widely used in many microelectronic devices, such as hydrogen storage devices. Field effect transistor (MOSFET) and photoelectric sensor have great application prospects. In this paper, MoS2 thin films with various morphologies were prepared by chemical vapor deposition (CVD), and the morphology, structure and electrical properties of the films were characterized. On this basis, MOSFET, with different layers with back gate or top gate structure was prepared and the electrical properties of MOSFET were characterized. Finally, the MoS2 based Guang Min sensor was fabricated and the device performance was tested. The main contents are as follows: (1) the preparation process of MoS2 thin films by CVD was investigated. The microstructure and crystallization quality of MoS2 thin films were characterized by optical microscope, atomic force microscope, Raman scattering spectroscopy and XRD diffraction. The effects of different parameters on the preparation of MoS2 thin films were studied. The optimum technological conditions were determined. By improving the process flow, the appearance of 3R metastable structure in MoS2 is reduced, and the crystallization quality of the films is improved effectively. (2) the monolayer or multilayer MoS2 films prepared by CVD are selected as channel materials, respectively. The field effect transistor (MOSFET),) with back gate structure was fabricated and the electrical properties of MOSFET were tested. The results show that the carrier mobility of the single-layer MoS2 channel is about 0.03 鹵0.01 cm2V-1s-1, and the carrier mobility of the three-layer MoS2 channel is about 0.6 cmV-1s-1, which is larger than that of the single-layer MoS2 channel. The monolayer or multilayer MoS2 channels are N-type. MoS2 field MOSFET, with top gate structure was prepared and its electrical properties were tested. The experimental results show that the high K value dielectric layer can effectively increase the carrier mobility to 4.3 cm2V-1s-1. (3) the strip MoS2 thin films are prepared on silicon substrates with silicon dioxide by preset graphics. The transparent MoS2-based Guang Min sensor was prepared by transferring it to transparent substrate, and the performance of the sensor was tested. The light responsivity of Guang Min sensor was measured by using a yellow light source with wavelength of 580 nm. The results show that the photoresponsivity of the device to the yellow light source is about 1.92 脳 10-AW-1.
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN304.055

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本文編號(hào)：2369488