本文選題：二維材料 + 球差校正透射電子顯微鏡　； 參考：《浙江大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：二維過渡金屬硫族化合物(Transition Metal Dichalcogenide,TMDs)以其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu),優(yōu)異的電子學(xué)、光學(xué)、谷電子學(xué)性能,在新能源、微納光學(xué)器件以及半導(dǎo)體器件等領(lǐng)域表現(xiàn)出應(yīng)用潛力,成為了繼石墨烯之后低維材料領(lǐng)域的研究新熱點(diǎn)。從原子尺度對(duì)二維TMDs材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控,實(shí)現(xiàn)電子結(jié)構(gòu)的可控調(diào)節(jié),是構(gòu)建TMDs基微納器件、推進(jìn)二維TMDs材料實(shí)用化的重要前提。本文利用同族元素合金化、氧化刻蝕等手段對(duì)原子層厚MoS2的原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控,結(jié)合低損傷球差校正電子顯微鏡表征和密度泛函理論(Density Function Theory,DFT)計(jì)算對(duì)單層MoS2合金體系及其氧化刻蝕過程中的結(jié)構(gòu)衍化進(jìn)行了分析,并初步探究了其結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)理。1、通過對(duì)CVD生長(zhǎng)的原子層厚MoS2進(jìn)行Se化取代,獲得了原子層厚MoS2(1-x)Se2x合金。利用球差電鏡系統(tǒng)進(jìn)行了 MoS2(1-x)Se2x合金的原子結(jié)構(gòu)表征,發(fā)現(xiàn)了 Se原子優(yōu)先在MoS2的晶界處取代S原子,晶界處的Se原子的濃度與晶界角度存在密切的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)合DFT理論計(jì)算,發(fā)現(xiàn)MoS2的晶界主要由非平衡的位錯(cuò)核心結(jié)構(gòu)組成,位錯(cuò)核心處的Se原子取代反應(yīng)勢(shì)壘比晶體結(jié)構(gòu)完整的晶疇中低,因此Se原子更容易取代晶界處的S,從而表現(xiàn)出在晶界處富集的現(xiàn)象。由于位錯(cuò)核心的對(duì)稱性不同,Se在晶界中富集的區(qū)域大小相應(yīng)不同;而且位錯(cuò)核心的畸變程度和密度越大,其自由能越高,Se取代反應(yīng)的勢(shì)壘相應(yīng)就越低;因此隨著晶界角度的增大,Se原子濃度也相應(yīng)隨之上升。2、采用化學(xué)氣相沉積法制備得到了不同Te摻雜濃度的單層MoS2(1-x)Te2x合金,利用原子分辨的球差校正電鏡觀察了 Te原子在MoS2中的取代類型和分布規(guī)律,結(jié)合第一性原理計(jì)算,分析了 Te取代的機(jī)制。結(jié)果表明,隨著摻雜反應(yīng)的溫度升高和時(shí)間延長(zhǎng),MoS2(1-x)Te2x合金中的Te濃度呈現(xiàn)顯著升高的趨勢(shì)。利用STEM圖像定量分析技術(shù)發(fā)現(xiàn),在較低摻雜溫度下,Te原子傾向于均勻分布于MoS2中,形成無序合金結(jié)構(gòu),其合金度接近100%;在較高摻雜溫度下,摻雜Te原子和S空位空位的濃度均顯著上升,并伴隨出現(xiàn)Te原子鏈狀結(jié)構(gòu)。結(jié)合DFT計(jì)算分析,由于MoS2和MoTe2的晶體結(jié)構(gòu)差異,隨著摻雜Te的濃度上升,會(huì)在MoS2(1-x)Te2x合金中引入較大的晶格失配應(yīng)力。通過晶體結(jié)構(gòu)的局部畸變和形成Te原子鏈,可以有效釋放晶格中的應(yīng)力,從而降低系統(tǒng)的自由能。3、利用定位微柵和球差校正電子顯微鏡,實(shí)現(xiàn)了對(duì)在石墨烯襯底生長(zhǎng)的單層MoS2的氧化刻蝕行為的“原位”觀測(cè),并結(jié)合其刻蝕后邊緣結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)與分析,對(duì)單層MoS2中氧化刻蝕的起源、路徑進(jìn)行了分析和推斷。研究發(fā)現(xiàn),氧化刻蝕反應(yīng)會(huì)在富含不飽和成鍵S原子的晶界、邊緣、以及晶疇中的S空位中優(yōu)先發(fā)生,且根據(jù)不同的邊緣結(jié)構(gòu)有不同的刻蝕路徑和殘余結(jié)構(gòu)。單層MoS2的氧化刻蝕起源于O2分子與其中不飽和成鍵的S原子的結(jié)合,形成產(chǎn)物以氣相形式逸散后,產(chǎn)生了更多的不飽和成鍵原子,氧化刻蝕過程也隨之進(jìn)一步向內(nèi)部發(fā)展。此外,zigzag-Mo終結(jié)邊緣與O2反應(yīng)勢(shì)壘較高,因此,在刻蝕后的邊緣結(jié)構(gòu)中,zigzag-Mo邊緣占主導(dǎo)地位。最后,對(duì)單層MoS2結(jié)構(gòu)調(diào)控的研究工作進(jìn)行了總結(jié),對(duì)工作的不足之處進(jìn)行了分析,也對(duì)其中面臨的未解決科學(xué)問題進(jìn)行了展望。
[Abstract]:In this paper , the structure of two - dimensional ( 1 - x ) Se2 alloy has been studied by means of atomic resolution . It is found that the oxidation - etching reaction can effectively release the stress in the crystal lattice by means of local distortion of the crystal structure and the formation of the Te atom chain . The results show that the oxidation - etching reaction can effectively release the stress in the crystal lattice , and thus reduce the free energy of the system .

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB303

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王新勝;謝黎明;張錦;;二維半導(dǎo)體合金的制備、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2015年09期

2 賈志宏;丁立鵬;陳厚文;;高分辨掃描透射電子顯微鏡原理及其應(yīng)用[J];物理;2015年07期

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本文編號(hào)：1754818