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(cè)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(lái),二維半導(dǎo)體材料在近十多年的時(shí)間里得到了長(zhǎng)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(huì)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(zhǎng)條件,并利用染料敏化修飾化學(xué)氣相沉積法(CVD)生長(zhǎng)得到的單層二硫化鉬,增強(qiáng)其光電性能,同時(shí)還對(duì)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(duì)溫度、時(shí)間、載氣流速、反應(yīng)源的用量、生長(zhǎng)距離等條件進(jìn)行對(duì)比研究,發(fā)現(xiàn)在溫度為700 oC,生長(zhǎng)時(shí)間為25 min,載氣流速為15 sccm,三氧化鉬粉末為40 mg,生長(zhǎng)距離為4 cm時(shí)生長(zhǎng)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(duì)生長(zhǎng)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(zhǎng)為490 nm時(shí),這些染料修飾的二硫化鉬光探測(cè)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(zhǎng)范圍內(nèi),其光響應(yīng)度都是隨著波長(zhǎng)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(duì)其性能影響的測(cè)試中發(fā)現(xiàn),敏化后的二硫化鉬光探測(cè)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(shuō)明染料在提高二硫化鉬光探測(cè)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(guò)拉曼光譜表征了其電荷轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象,以及場(chǎng)效應(yīng)光電管測(cè)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(guò)對(duì)染料吸光系數(shù)的表征和平面結(jié)構(gòu)的模擬說(shuō)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(cè)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(cè)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(guó)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?jī)?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(cè)試32
• 2.2.7 光電性能測(cè)試32-33
• 第3章 單層二硫化鉬的制備表征和電學(xué)性能測(cè)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(duì)生長(zhǎng)單層二硫化鉬的影響34-35
• 3.2.2 時(shí)間對(duì)生長(zhǎng)單層二硫化鉬的影響35-36
• 3.2.3 流量對(duì)生長(zhǎng)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(duì)生長(zhǎng)單層二硫化鉬的影響37-39
• 3.2.5 三氧化鉬粉用量對(duì)生長(zhǎng)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(chǎng)效應(yīng)管的構(gòu)筑42
• 3.4.2 單層二硫化鉬場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能測(cè)試42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-45
• 第4章 單層二硫化鉬光探測(cè)器的敏化增強(qiáng)45-56
• 4.1 引言45
• 4.2 不同染料對(duì)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(duì)單層二硫化鉬光電性能的增強(qiáng)46-50
• 4.2.3 羅丹明 6G對(duì)單層二硫化鉬光探測(cè)器增強(qiáng)50-52
• 4.2.4 亞甲基藍(lán)對(duì)單層二硫化鉬光探測(cè)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(cè)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(duì)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(qǐng)專利75-77
• 致謝77

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