本文關(guān)鍵詞：有機(jī)小分子修飾單層二硫化鉬及其光電性能研究

  更多相關(guān)文章： 單層二硫化鉬 光探測器 染料敏化 電荷轉(zhuǎn)移

【摘要】：自2004年首次剝離獲得單層石墨烯以來,二維半導(dǎo)體材料在近十多年的時(shí)間里得到了長足的發(fā)展。以二硫化鉬為首的類石墨烯半導(dǎo)體材料從塊體變?yōu)樯賹由踔羻螌訒r(shí)會表現(xiàn)出特殊的光譜學(xué)和光電性能。但是受到二硫化鉬自身帶隙和聲子限制載流子遷移率的影響,亟待發(fā)展一些調(diào)控二硫化鉬電學(xué)、光電性能的方法。本文重點(diǎn)研究二硫化鉬的生長條件,并利用染料敏化修飾化學(xué)氣相沉積法(CVD)生長得到的單層二硫化鉬,增強(qiáng)其光電性能,同時(shí)還對增強(qiáng)的機(jī)理進(jìn)行深入地研究。本文采用化學(xué)氣相沉積的方法可控制備單層的三角形二硫化鉬單晶。實(shí)驗(yàn)中對溫度、時(shí)間、載氣流速、反應(yīng)源的用量、生長距離等條件進(jìn)行對比研究,發(fā)現(xiàn)在溫度為700 oC,生長時(shí)間為25 min,載氣流速為15 sccm,三氧化鉬粉末為40 mg,生長距離為4 cm時(shí)生長得到的單層二硫化鉬單晶質(zhì)量最好、尺寸最大。本文選擇三種具有不同分子結(jié)構(gòu)和吸收光譜的染料:甲基橙、羅丹明6G、亞甲基藍(lán),對生長得到的單層二硫化鉬進(jìn)行敏化修飾。修飾后發(fā)現(xiàn),在波長為490 nm時(shí),這些染料修飾的二硫化鉬光探測器的光響應(yīng)度分別達(dá)到了3.73 A/W,1.49 A/W,10.87 A/W;并且在一個(gè)較寬的波長范圍內(nèi),其光響應(yīng)度都是隨著波長的增加而增加的,增加倍數(shù)分別約為8倍、11倍、20倍。在進(jìn)一步偏壓和功率對其性能影響的測試中發(fā)現(xiàn),敏化后的二硫化鉬光探測器表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性和線性的增強(qiáng)倍數(shù)關(guān)系。這些都說明染料在提高二硫化鉬光探測器性能方面起到了非常重要的作用。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),二硫化鉬和染料之間的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制是導(dǎo)致其光電性能增強(qiáng)的主要原因。為此,本文通過拉曼光譜表征了其電荷轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象,以及場效應(yīng)光電管測試計(jì)算出了三種染料敏化前后的載流子濃度的增強(qiáng)倍數(shù),進(jìn)一步驗(yàn)證了之前的設(shè)想。最后本文通過對染料吸光系數(shù)的表征和平面結(jié)構(gòu)的模擬說明了導(dǎo)致三種染料電荷轉(zhuǎn)移程度不同的原因。亞甲基藍(lán)具有優(yōu)異的平面性,并且該染料分子中的S原子能夠和二硫化鉬中缺陷和邊界處的Mo原子和S原子形成S-Mo、S-S的相互作用,有利于光生載流子從染料上的最低空軌道轉(zhuǎn)移到二硫化鉬的導(dǎo)帶上,從而使亞甲基藍(lán)具有最好的增強(qiáng)效果。本文的研究為有機(jī)染料-二硫化鉬高性能光探測器的制備和性能調(diào)控提供了新的思路。
【關(guān)鍵詞】：單層二硫化鉬 光探測器 染料敏化 電荷轉(zhuǎn)移
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ136.12
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-29
• 1.1 研究背景及課題的目的和意義9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-27
• 1.2.1 二硫化鉬的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)10-11
• 1.2.2 二硫化鉬的制備方法11-16
• 1.2.3 二硫化鉬器件的應(yīng)用16-20
• 1.2.4 二硫化鉬的修飾20-27
• 1.3 本論文主要研究內(nèi)容27-29
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與方法29-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)所用試劑及儀器29-30
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑29
• 2.1.2 儀器設(shè)備29-30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法30-33
• 2.2.1 拉曼光譜的表征30-31
• 2.2.2 光學(xué)顯微鏡的表征31
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡的表征31
• 2.2.4 透射電子顯微鏡31-32
• 2.2.5 原子力分析32
• 2.2.6 吸光度測試32
• 2.2.7 光電性能測試32-33
• 第3章 單層二硫化鉬的制備表征和電學(xué)性能測試33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 單層二硫化鉬的制備33-39
• 3.2.1 溫度對生長單層二硫化鉬的影響34-35
• 3.2.2 時(shí)間對生長單層二硫化鉬的影響35-36
• 3.2.3 流量對生長單層二硫化鉬的影響36-37
• 3.2.4 三氧化鉬粉到Si/SiO2襯底的距離對生長單層二硫化鉬的影響37-39
• 3.2.5 三氧化鉬粉用量對生長單層二硫化鉬的影響39
• 3.3 單層二硫化鉬的表征39-42
• 3.4 單層二硫化鉬的電子輸運(yùn)性能42-43
• 3.4.1 單層二硫化鉬場效應(yīng)管的構(gòu)筑42
• 3.4.2 單層二硫化鉬場效應(yīng)晶體管的性能測試42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-45
• 第4章 單層二硫化鉬光探測器的敏化增強(qiáng)45-56
• 4.1 引言45
• 4.2 不同染料對單層二硫化鉬光電性能的增強(qiáng)45-55
• 4.2.1 染料敏化單層二硫化鉬光電器件的制備45-46
• 4.2.2 甲基橙對單層二硫化鉬光電性能的增強(qiáng)46-50
• 4.2.3 羅丹明 6G對單層二硫化鉬光探測器增強(qiáng)50-52
• 4.2.4 亞甲基藍(lán)對單層二硫化鉬光探測器的增強(qiáng)52-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 第5章 染料敏化二硫化鉬光探測器增強(qiáng)機(jī)理研究56-67
• 5.1 引言56
• 5.2 染料分子在單層二硫化鉬表面的拉曼增強(qiáng)分析56-58
• 5.3 染料修飾單層二硫化鉬的原子力分析58-59
• 5.4 染料分子對單層二硫化鉬光電性能機(jī)制研究59-65
• 5.5 本章小結(jié)65-67
• 結(jié)論67-68
• 參考文獻(xiàn)68-75
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及申請專利75-77
• 致謝77

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