發(fā)布時(shí)間：2018-06-20 12:57

  本文選題：化學(xué)氣相沉積 + 單層硫化鎢��； 參考：《深圳大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：自2004年發(fā)現(xiàn)石墨烯以來,原子層厚度的二維材料由于其獨(dú)特的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)而引起了廣泛的興趣。過渡金屬硫族化合物二維材料展現(xiàn)了許多石墨烯所不具有的物理特性,廣泛研究表明其在晶體管、光探測器、光伏電池等方面具有極大的應(yīng)用前景。本論文面向二維材料硫化鎢的可控制備與三元合金硫化鉬鎢,重點(diǎn)研究了硫化鎢二維材料的氣相生長工藝,以及單層硫化鉬鎢的光學(xué)特性與場效應(yīng)晶體管性能。主要內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)成功制備出尺度約為20 μm、厚度約為0.95 nm的單層WS_2,通過對實(shí)驗(yàn)制備的單層與多層硫化鎢拉曼光譜對比發(fā)現(xiàn),單層WS_2的A1g振動(dòng)模式明顯強(qiáng)于E_(2g)~1振動(dòng)模式,隨著層數(shù)的增加,E_(2g)~1振動(dòng)模式會(huì)發(fā)生紅移,A1g振動(dòng)模式會(huì)發(fā)生藍(lán)移,兩種振動(dòng)模式間距增大,這是由于在較厚的樣品中存在。通過對光致發(fā)光譜測試分析,發(fā)現(xiàn)單層WS_2光致發(fā)光特征峰的峰強(qiáng)明顯強(qiáng)于多層。對WS_2熱穩(wěn)定性研究發(fā)現(xiàn)隨著溫度的變化,A1g振動(dòng)模式的改變明顯大于E_(2g)~1,這是由于Ag振動(dòng)模式具有更強(qiáng)的-聲子耦合。通過對單層Mo(1-x)W_xS_2變溫PL分析發(fā)現(xiàn),由于溫度變化出現(xiàn)晶格膨脹效應(yīng),帶隙寬度會(huì)隨之改變。(2)利用CVD方法通過在硫化鎢生長中摻入鉬元素的方式制備合金化的單層Mo(1-x)W_xS_2。同時(shí)證明了用Raman光譜手段可以準(zhǔn)確地區(qū)別三元合金和異質(zhì)結(jié),通過光致發(fā)光譜測試分析,我們證明了通過這種方式可以將摻入Mo的合金化單層Mo(1-x)W_xS_2帶隙從1.82eV(MoS_2)到1.95eV(WS_2)精細(xì)調(diào)控,從而滿足不同功能的需求。由于PL峰位對摻雜濃度非常敏感,因此可以通過測量三元合金Mo(1-x)W_xS_2的PL峰位的偏移幅度反向推算摻雜濃度,由此計(jì)算出我們制備的Mo(1-x)W_xS_2組分x為0.68。通過在變溫拉曼光譜測試分析,我們得出由于三元合金Mo(1-x)W_xS_2具有低的自由能和內(nèi)部能量,因此熱穩(wěn)定性好。(3)通過傳統(tǒng)的微加工工藝手段制備了具有高開關(guān)比(～105)的背柵Mo(1-x)W_xS_2場效應(yīng)晶體管,在不同溫度(20 K-300K)下測量電學(xué)性能時(shí),沒有非常清楚地觀察到金屬絕緣體轉(zhuǎn)變(MIT),通過研究分析,原因在于電子電荷濃度較低(小于1×1013cm-2)和柵極掃描電壓有限(小于70V),因?yàn)楫?dāng)測試電壓超過70 V就會(huì)被擊穿。通過對單層Mo(1-x)W_xS_2場效應(yīng)晶體管進(jìn)行變溫輸運(yùn)性能測試,數(shù)據(jù)與輸運(yùn)模型有較好的吻合度,高溫段(80 K)載流子以熱激發(fā)方式遷移,低溫段(80K)載流子在局部區(qū)域跳躍傳輸。對電荷散射機(jī)制研究發(fā)現(xiàn),在低于80 K的低溫段,隨著溫度的降低,遷移率會(huì)單調(diào)增加,最后由于庫倫散射限制達(dá)到飽和值,在300 K的時(shí)候遷移率約為30 cm~2V~(-1)s~(-1)。
[Abstract]:Since the discovery of graphene in 2004, two-dimensional materials with atomic layer thickness have attracted wide interest due to their unique electrical and optical properties. The two-dimensional materials of transition metal sulfur compounds exhibit many physical properties which graphene does not possess. Extensive research shows that they have great application prospects in transistors photodetectors photovoltaic cells and so on. In this paper, the controllable preparation of tungsten sulfide and the ternary alloy molybdenum tungsten sulfide were studied. The gas phase growth process of tungsten sulfide, the optical properties of monolayer molybdenum tungsten sulfide and the properties of field effect transistors were studied. The main contents and results are as follows: (1) single layer WS2 with a scale of about 20 渭 m and a thickness of about 0.95 nm was successfully prepared by chemical vapor deposition (CVD). The Raman spectra of monolayer and multilayer tungsten sulfide were compared with each other. The A1g vibration mode of the single layer WS2 is obviously stronger than that of the ESP 2g / 1 vibration mode. With the increase of the number of layers, the red shift A1g vibration mode will occur and the distance between the two vibration modes will increase, which is due to the existence of the thick sample. By analyzing the photoluminescence spectrum, it is found that the peak intensity of the characteristic peak of single-layer WSS _ 2 is obviously stronger than that of multi-layer. The thermal stability of WS2 is studied. It is found that the change of vibration mode of A1g with the change of temperature is obviously larger than that of ESP 2g / 1, which is due to the stronger phonon coupling of Ag vibration mode. Based on the analysis of the variable temperature PL of single layer Moan1-xS2, it is found that because of the lattice expansion effect, the band gap width will change with the change of temperature.) the alloyed monolayer Mo _ (1-x) W _ xS _ 2 was prepared by doping molybdenum into the growth of tungsten sulfide by CVD method. At the same time, it has been proved that ternary alloys and heterostructures can be distinguished accurately by Raman spectroscopy. By means of photoluminescence analysis, we have proved that the alloyed monolayer Moan1-xS2 doped with Mo can be controlled by fine regulation from 1.82 EV / MoS2 to 1.95 eVWSVI / 2). In order to meet the needs of different functions. Because the PL peak is very sensitive to the doping concentration, the doping concentration can be calculated backwards by measuring the PL peak offset of the PL peak of the ternary alloy Mohl-xS-2, and the calculated x of our prepared Mo-1-xS-2 WxS2 component is 0.68. Based on the Raman spectroscopic analysis at variable temperature, we find that because of the low free energy and internal energy of the ternary alloy Moan1-xTiW _ xS _ 2, Therefore, thermal stability is good, and the back gate Moan1-xWxS2 FET with high switching ratio (105) has been fabricated by traditional micromachining technology. When measuring electrical properties at different temperatures (20K-300K), The metal insulator transition is not observed very clearly, due to the low electron charge concentration (less than 1 脳 1013cm-2) and the limited grid scan voltage (less than 70V), because when the test voltage exceeds 70V, it will be broken down. By testing the variable-temperature transport performance of single-layer Moan1-xS2s, the data are in good agreement with the transport model. The high temperature section of 80K) carriers migrate in a thermally excited manner, and the low-temperature section of the carrier hops in the local region. It is found that at low temperature below 80 K, the mobility increases monotonously with the decrease of temperature. Finally, due to the limit of Coulomb scattering reaching saturation value, the mobility is about 30 cm ~ (2) V ~ (-1) ~ (-1) ~ (-1) ~ (-1) at 300 K.
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN386;TQ136.1

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本文編號(hào)：2044330