單層硒化鍺是一種新型的二維材料,是一種具有寬波段光致發(fā)光光譜和復雜的能帶結構以及優(yōu)良的光電特性優(yōu)的直接帶隙半導體材料,在光電領域發(fā)展中擁有很好的應用前景。目前仍然缺乏關于少層到單層硒化鍺的實驗研究,主要的科學挑戰(zhàn)是發(fā)展控制制備單層薄膜的技術。在本論文中,我們運用機械剝離和激光減薄技術相結合的方法在SiO2/Si襯底上制備出了單層硒化鍺材料。開展了對單層硒化鍺材料的形貌、拉曼光譜以及熒光光譜的性能表征的工作。原子力顯微鏡數(shù)據(jù)表明,減薄樣品的激光功率密度為9.6×104W/cm2時,硒化鍺樣品的平均厚度減薄到1.5nm,接近單層硒化鍺的理論計算值。通過拉曼光譜表征發(fā)現(xiàn),硒化鍺層厚的變化導致了拉曼峰強度的變化以及拉曼模式峰位的變化。使用熒光光譜儀探測到單層硒化鍺分別在波長為589nm、655nm、737nm、830nm、1034nm、1178nm、1314nm和1456nm處出現(xiàn)8個連續(xù)熒光光譜峰。結合第一性原理計算,對實驗發(fā)現(xiàn)的多個光致發(fā)光光譜峰進行了能帶結構解釋,其中部分光譜峰與理論計算得出的帶隙值基本符合一致。我們使用了基于密度函數(shù)理論的第一原理對多層到單層的硒化鍺能帶結構進行了計算說... 

【文章來源】：湘潭大學湖南省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學位級別】：碩士

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圖１．２單層、雙層、六層和塊體ＭｏＳ２樣品的光致發(fā)光光譜和拉曼光譜［６５］

光致發(fā)光強度隨材料層厚的增加而増強。單層材料的熒光光譜最強，但是在塊狀材料中??沒有熒光光譜。原因是因為Ｍ〇Ｓ２隨著層厚的減少，由間接帶隙轉變?yōu)橹苯訋栋雽w，??如圖１．２所示，實驗報道了不同層厚和塊體ＭｏＳａ的光致發(fā)光光譜。在塊材料Ｍ〇Ｓ２中，??沒有光致發(fā)光產生，而對于少層和單層Ｍ〇Ｓ２，其光致發(fā)光強度表現(xiàn)出了與層厚的依賴??性。此外，Ｍ〇Ｓ２的拉曼光譜表明，聲子結構除了受載流子濃度和溫度影響之外，也與材??料的層厚和應變相關。最近的研究表明單層過渡金屬硫化物中的光學躍遷是通過激子而??不是直接帶間躍遷來控制的。例如，單層和雙層ＭｏＳ２的光吸收光譜都有兩個不同的峰，??單層Ｍ〇Ｓ２的激子結合能很高（０．５？０．９ｅＶ），少層的激子結合能很低（〇．４ｅＶ）。??１．２．?２過渡金屬硫族化合物的應用??Ｓｉ〇２?㈨??Ｓ�！颍ⅲⅲⅲ�??編—：：；；．，；二一’??：：．．．．．．．．．．．＾．．．．．．．．．．．．．：??－４?－２３?２?４??（ｃ）?〇．?丁〇＿?丨扣＾???｛Ｃ｝?Ｄ＿?＼?／?Ｓｏｕｒｃｅ??＇、、?Ｍ?ｙ?？?？?？？？？？？??ｈｔ〇２?．－？．，?．’Ａ?？?＇一，＜：？？？??…遲廠．Ｔ：／??■．?—

硒化鍺晶體是周期表第ＩＶ，?ＶＩ族化合物半導體，屬于正交晶系離子性晶體。關于??單層硒化鍺的結構，通過密度泛函理論（ＤＦＴ）的計算發(fā)現(xiàn)除了我們最常見的層狀ａ硒化??鍺之外，還存在著ｐ硒化鍺、化鍺、Ｓ硒化鍺和ｓ硒化鍺四種結構，如圖１．４所示，??每一種原子共價鍵化學鍵合到其他原子種類的三個相鄰原子上。硒化鍺的這五種多態(tài)結??構展現(xiàn)出了多種的能帶帶隙，這對于寬帶光電子和光子的應用有著非常重要的作用。ｏｔ??硒化鍺、Ｙ硒化鍺、Ｓ硒化鍺和ｓ曬化鍺的脊狀結構為各向異性的，而ｐ硒化鍺為各向??同性結構［５１＼?ａ砸化鍺是在這五個晶型中最有能量的形式。在我們的實驗中，主要是對??ｃｃ硒化鍺性能的研究，類似于黑磷的ａ硒化鍺的平衡構型是一種卷狀結構，沿著ｙ軸形??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）?（ｅ）??ｃｔ－ＧｓＳｅ?，?ｐ?－?Ｇ？Ｓ？?ｙ－ＧｅＳ？?５?－ＧｅＳｅ?ｅ－ＧｅＳｅ??…氣ＶＩＡ、??…．．．．．??ＷＷＷ％嘗??——＞??ｘ??圖１．４（ａ）ａ硒化鍺，（ｂ）ｐ砸化鍺，（ｃ）Ｙ硒化鍺，（ｄ）Ｓ硒化鍺，和（ｅ）ｓ硒化鍺單層的優(yōu)化后的幾何??結構，頂部俯瞅圖（上）和側面視圖（下）視圖。用綠色的球代替Ｇｅ原子，用黃色的球代替Ｓｅ原??子

【參考文獻】：
期刊論文
[1]單層硒化鍺多形體的結構特性和電子性質（英文）[J]. 張勝利,劉尚果,黃世萍,蔡波,謝美秋,渠莉華,鄒友生,胡自玉,余學超,曾海波.  Science China Materials. 2015(12)
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本文編號：3378938