二維過(guò)渡金屬硫族化合物（TMDC）,常見(jiàn)的如MoS2、MoSe2、WS2等,由于其獨(dú)特的特性,如光學(xué)透明性,高的載流子遷移率和廣泛可調(diào)的帶隙等,為下一代光電子技術(shù)帶來(lái)了新的機(jī)遇。二維TMDC合金化可以在較寬的能量范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)帶隙,從而彌補(bǔ)了單個(gè)TMDC由于厚度限制的光吸收和帶隙限制的光譜范圍的缺點(diǎn),促進(jìn)具有光譜寬頻帶和高探測(cè)率的光探測(cè)器的發(fā)展。本論文將對(duì)單層Mo1-xWxSe2組分梯度合金薄膜的制備工藝與場(chǎng)效應(yīng)晶體管展開(kāi)研究,具體研究?jī)?nèi)容如下:（1）采用化學(xué)氣相沉積法（CVD）制備了單層Mo1-x Wx Se2組分梯度合金薄膜。研究了生長(zhǎng)過(guò)程中,基源距離,H2氣流量,襯底位置等生長(zhǎng)參數(shù)對(duì)單層Mo1-x WxSe2組分梯度合金薄膜形貌和尺寸的影響。通過(guò)調(diào)控生長(zhǎng)參數(shù),可以制備出橫向尺寸達(dá)到150μm的單層Mo1-xWxSe2組分梯度合金薄膜。原子力顯微鏡表征結(jié)果顯示Mo1-xWxSe2組分梯度薄膜的厚度約為1nm。（2）利用拉曼和光致發(fā)光光譜表征對(duì)單層Mo1-x WxSe2組分梯度合金的發(fā)光特性和結(jié)構(gòu)性質(zhì)進(jìn)行了探究。光致發(fā)光光譜表明單層Mo1-xWxSe2組分梯度合金變化過(guò)程中始終表現(xiàn)為... 

【文章來(lái)源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

元素周期表，其中組成過(guò)渡族金屬硫?qū)倩锏脑匾驯粯?biāo)出[42]

第1章緒論3圖1-2所示為多晶型結(jié)構(gòu)的示意圖。左邊第一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)示意圖為六方對(duì)稱(chēng)和配位方式為三棱柱的2H晶體結(jié)構(gòu)，其重復(fù)單元為兩個(gè)原子層。中間為菱形對(duì)稱(chēng)和配位方式為三棱柱的3R晶體結(jié)構(gòu)，其重復(fù)單元為三個(gè)原子層。最右邊為四方對(duì)稱(chēng)和配位方式為八面體的1T結(jié)構(gòu)，其重復(fù)單元為一個(gè)原子層。硫族原子（X）是黃色，金屬元素（M）是灰色。不同材料的晶格常數(shù)ａ的范圍是0.31-0.37nm。堆疊指數(shù)c表示每個(gè)堆疊順序中的層數(shù)，不同層之間的距離約0.65nm左右。這三種相并不是固定不變的，在外界刺激或者化學(xué)處理下可以轉(zhuǎn)變。不同的相展現(xiàn)出的物理性質(zhì)也各不相同，例如1T相為金屬性，2H和3R表現(xiàn)出半導(dǎo)體的性質(zhì)。圖1-2多型結(jié)構(gòu)的三種結(jié)構(gòu)示意圖（X為硫族原子，M為過(guò)渡族金屬原子）a為晶格常數(shù)，c為堆疊指數(shù)[43]二硫化鉬從塊體過(guò)渡到單層的過(guò)程中，量子限域效應(yīng)的影響會(huì)致使其能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，塊體的帶隙在1.3eV左右，而變化到單層時(shí)的帶隙為1.8-1.9eV左右，帶隙實(shí)現(xiàn)了從間接帶隙到直接帶隙的轉(zhuǎn)變。如圖1-3所示可以看到通過(guò)第一性原理計(jì)算可以清楚的觀察到其能帶結(jié)構(gòu)的變化，在布里淵區(qū)Γ點(diǎn)，對(duì)于塊狀材料帶隙跳躍是間接的，但是當(dāng)逐漸變?yōu)閱螌訒r(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋栋雽?dǎo)體。隨著層數(shù)變化而能帶發(fā)生變化主要是量子限制效應(yīng)，導(dǎo)致在S原子中pz軌道和Mo原子中d軌道的雜化發(fā)生改變�？臻g中電子分布也與原子結(jié)構(gòu)相關(guān)，對(duì)于二硫化鉬來(lái)說(shuō)，密度泛函理論計(jì)

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文4算顯示Ｋ點(diǎn)導(dǎo)帶的電子態(tài)主要是由于鉬原子的局部ｄ軌道，Mo原子在兩個(gè)S原子中間，相對(duì)不受層間原子的影響。然而，在Γ點(diǎn)附近的電子態(tài)是由在S原子中反鍵態(tài)pz軌道和Mo原子d軌道的相結(jié)合，具有非常強(qiáng)的層間耦合效應(yīng)。因此，隨著層數(shù)發(fā)生改變，在Ｋ點(diǎn)附近的直接激子態(tài)相對(duì)沒(méi)有發(fā)生改變，但是Γ點(diǎn)位置顯著的改變了，從間接帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰扛蟮闹苯訋�。其它過(guò)渡金屬族硫化物（如WSe2，MoSe2）都被預(yù)測(cè)過(guò)經(jīng)歷相似的轉(zhuǎn)變，即隨著層數(shù)的降低從間接帶隙半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋栋雽?dǎo)體，帶隙的能量覆蓋了1.1eV-2.0eV。大多數(shù)半導(dǎo)體性質(zhì)的TMDC的帶隙，不管是塊狀材料還是單層時(shí)，與硅的1.1eV是可比的，使這些材料非常適合作為邏輯晶體管。圖1-3通過(guò)第一性原理計(jì)算所得從塊體、少層、雙層和單層MoS2的能帶結(jié)果示意圖[44]1.2.2二維過(guò)渡金屬硫族金屬化合物的制備方法要想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用，必須要有穩(wěn)定可控的制備方案。二維TMDC材料目前主要的制備方法可以分為兩類(lèi)：“自上而下”法和“自下而上”法。前者主要包含了機(jī)械剝離法，離子插層法和液相剝離法等，而后者包含的主要方法為化學(xué)氣相沉積法（CVD）。機(jī)械剝離法[45]：這是一種制備二維材料較為普遍的方法，起初石墨烯的發(fā)現(xiàn)便是使用這種方法，用膠帶撕扯破壞石墨層與層之間的范德瓦爾斯力，形成較薄的石


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