本文關鍵詞：金屬硫族化合物超薄納米結構的控制合成及光電性能研究

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【摘要】：自從2004年石墨烯的出現,引起了研究者對一些類石墨烯納米材料的關注,包括h-BN,過渡金屬硫族化合物,過渡金屬氧化物以及黑磷等,由于其特殊的結構特征,使它們具有了尺寸效應、量子效應、以及結構上的特異性吸引著科研人員不斷發(fā)現這一類新材料擁有的獨特的物理和化學性質,光電性能便是其中之一。本文將研究包括二硫化錫(SnS_2),二硒化錫(SnSe_2),三硫化鋯(ZrS_3),三硒化鋯(ZrSe_3)等超薄半導體材料的控制合成及光學、電學性質,采用液相法合成二維的錫基硫屬化合物(SnX_2),固相法制備一維的ZrS_3和ZrSe_3納米帶,然后通過微納加工技術組裝SnS_2的光電探測器,并進行了光電性能的測試,同時利用Z掃描技術對這四種金屬硫族化合物的分散系進行了非線性光學性能的測試,具體概括如下:1.采用簡單的超聲化學法,通過調控反應時間成功合成了超薄二硫化錫納米片,并對其形貌、成分、結構與厚度進行了表征。同時,基于所合成的SnS_2納米片在Si/SiO_2基底上利用微加工技術組裝光電探測器。測試結果表明,該器件對254-980 nm波段的光都具有光響應,尤其對532nm的光響應最好,且器件具有良好的可重復性和穩(wěn)定性。通過測量,在光功率為19.3mW/cm2的532nm激光照射下,光開關電流比為8.7,光響應為0.65mA/W,器件的響應時間小于0.36秒。此外,我們還研究了器件在不同工作環(huán)境下的光電性能,表明器件在真空條件下表現出更優(yōu)的光電性能。2.采用溶劑熱法和水熱法分別合成SnS_2納米片和SnSe_2六方納米片,通過XRD,SEM,TEM,紫外可見吸收光譜分別對其形貌,結構和光學特性進行了表征。然后采用開孔Z掃描技術分別測試在納秒和皮秒激光脈沖下這兩種化合物分散系的非線性吸收性能及光限幅性質,探究入射能量下對非線性吸收性能的影響。結果表明兩種化合物在低能量下呈現飽和吸收行為,隨著能量的增加出現反飽和吸收響應,入射能量越大,非線性吸收性能越強,在皮秒脈沖激光下SnS_2呈現反飽和吸收響應,SnSe_2呈現飽和吸收響應,此外,光限幅實驗測得SnS_2的光限閾值為0.23 J/cm~2,較小的光限閾值使得在開發(fā)光電子器件有很重要的意義,比如制作人眼防護器材或者敏感元件的防護器材。SnSe_2表現出飽和吸收性能,可以用來制成激光鎖模元件,應用于光纖激光器中。3.采用化學氣相傳輸法合成ZrS_3和ZrSe_3納米帶,利用單束Z掃描技術在波長為532nm處研究了兩種化合物分散系的三階非線性光學性能,以及探究了ZrS_3與石墨烯混合的復合物的非線性吸收性能,同時探究了溶劑對ZrSe_3非線性光學性能的影響,以及皮秒激光脈沖下的光限幅性能,實驗結果表明兩種化合物在納秒激光脈沖下呈現反飽和吸收響應,通過摻雜石墨烯可以有效地增強ZrS_3的非線性吸收性能,不同溶劑下ZrSe_3的非線性光學性能不同,這主要是因為線性吸收和局域場糾正因子的不同。另外,光限幅實驗測得ZrSe_3的光限閾值為2.2 J/cm~2。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O613.51;TB383.1

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