層狀過渡金屬硫?qū)倩衔镒灾谓Y(jié)構(gòu)的設(shè)計和層間相互作用的研究
本文關(guān)鍵詞：層狀過渡金屬硫?qū)倩衔镒灾谓Y(jié)構(gòu)的設(shè)計和層間相互作用的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
【摘要】：原子層厚度的二維材料,由于其電子被限制在二維平面方向運動而具有一些不同于三維體材料的獨特的力、熱、電、光性能,因而將會在未來的幾年到幾十年之間成為物理、材料、生物、化學(xué)等領(lǐng)域研究的重點和熱點。二維層狀過渡金屬硫?qū)倩衔?TMDCs),一種不同于石墨烯的零帶隙結(jié)構(gòu),因為其具有厚度依賴性的能帶結(jié)構(gòu)和易調(diào)控的物理化學(xué)性能,而在眾多二維材料中展現(xiàn)出了巨大的優(yōu)勢和發(fā)展前景。眾所周知,當(dāng)層狀材料的厚度減小到一兩個原子層的厚度時,其表面會變得非常敏感。例如對襯底和周圍環(huán)境或?qū)娱g的堆垛結(jié)構(gòu)等異常敏感,這就導(dǎo)致其具有易調(diào)控的物理化學(xué)性能。本論文從TMDCs材料原子層面的相互作用出發(fā),從兩個方面對其進行研究：(1)從里往外看,研究不受外界襯底影響的TMDCs材料自支撐結(jié)構(gòu)的制備；(2)從外往里看,研究層與層間的相互作用,如相鄰層間邊界的相互作用和層間的耦合作用。針對自支撐結(jié)構(gòu)的制備,本論文結(jié)合化學(xué)氣相沉積和濕接觸印刷技術(shù),成功地在多種納米圖案襯底上制備了大面積的層狀TMDCs材料的自支撐結(jié)構(gòu)。隨后,我們對這種納米尺度上形成的獨特的固液氣界面進行了分析,并對自支撐結(jié)構(gòu)形成的機理進行了探索,這為在其他納米圖案襯底上設(shè)計不同層狀材料的自支撐結(jié)構(gòu)提供了理論指導(dǎo)和實驗摸索。最后,我們制備得到了基于層狀TMDCs材料的自支撐結(jié)構(gòu)的光電探測器,并測試了其光電性能。對于相鄰層邊界的相互作用而言,本論文首次觀察到了MoSe2單層與雙層、雙層和三層邊界上內(nèi)在結(jié)的存在,同時其表現(xiàn)出了比較明顯的整流效應(yīng)和光伏效應(yīng)。通過對相鄰層邊界上精細能帶結(jié)構(gòu)的理論計算和實驗分析,我們發(fā)現(xiàn)這種結(jié)是一種類似于p-n結(jié)的半導(dǎo)體結(jié)。不同于傳統(tǒng)半導(dǎo)體結(jié),這是一種僅二維TMDCs材料才具有的本征結(jié),并且其強度具有厚度依賴性。最后,我們通過制備基于此結(jié)的串聯(lián)太陽能電池陣列來說明其在工業(yè)應(yīng)用和商業(yè)方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿�。對于層間的耦合作用而言,本論文首先通過范德瓦耳斯外延生長法制備了C7堆垛結(jié)構(gòu)的MoSe2/WSe2異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。實驗發(fā)現(xiàn)這種堆垛方式具有較強的層間耦合作用,并能觀察到發(fā)光耦合峰。然后,我們通過設(shè)計不同的機械拉伸模式實現(xiàn)了對耦合作用大小的調(diào)節(jié)。實驗發(fā)現(xiàn)在外界應(yīng)力的作用下,層內(nèi)直接帶隙(MoSe2或WSe2)能帶結(jié)構(gòu)的變化和層間(耦合峰)間接帶隙能帶結(jié)構(gòu)的相對變化,這為后面提高基于面間異質(zhì)結(jié)柔性器件的光電性能具有指導(dǎo)作用。本論文通過對TMDCs材料在原子層面上相互作用的研究,豐富了對TMDCs材料性能的調(diào)控方法,擴展了人們從原子層面對TMDCs材料的認識,并且推動了基于TMDCs材料半導(dǎo)體器件的發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】：二維層狀過渡金屬硫?qū)倩衔?/strong> 相互作用 自支撐結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體結(jié) 層間的耦合作用
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O611.2
【目錄】：
- 摘要3-5
- ABSTRACT5-10
- 第一章 緒論10-48
- 1.1 研究背景—從石墨烯到層狀TMDCs10-12
- 1.2 層狀TMDCs的基本物理性質(zhì)12-18
- 1.2.1 原子結(jié)構(gòu)12-13
- 1.2.2 能帶結(jié)構(gòu)13-15
- 1.2.3 光電性質(zhì)15-17
- 1.2.4 力學(xué)性質(zhì)17-18
- 1.3 基于原子層厚度的性能調(diào)控18-26
- 1.3.1 外界調(diào)控—襯底、應(yīng)力和電場18-22
- 1.3.2 內(nèi)部調(diào)控—厚度、合金和異質(zhì)結(jié)22-26
- 1.4 目前的制備方法26-29
- 1.5 基于層狀TMDcs半導(dǎo)體器件的應(yīng)用29-33
- 1.6 本論文的動機及主要內(nèi)容33-35
- 1.7 參考文獻35-48
- 第二章 實驗方法和測試手段48-52
- 2.1 材料生長48
- 2.2 器件制備工藝48-50
- 2.2.1 材料的轉(zhuǎn)移49
- 2.2.2 微納加工技術(shù)49-50
- 2.3 器件的電學(xué)測試50-52
- 第三章 層狀TMDCS材料自支撐結(jié)構(gòu)的制備及機理研究52-68
- 3.1 研究背景52-54
- 3.2 技術(shù)路線和實驗結(jié)果54-56
- 3.3 對于自支撐結(jié)構(gòu)形成的機理分析56-62
- 3.4 自支撐結(jié)構(gòu)制備的普適性研究62-63
- 3.5 基于自支撐結(jié)構(gòu)的光電探測器63-65
- 3.6 本章小結(jié)65
- 3.7 參考文章65-68
- 第四章 層狀TMDCS材料內(nèi)在半導(dǎo)體結(jié)的研究(1)68-82
- 4.1 引言69-70
- 4.2 多層TMDCs的大面積、層數(shù)可控制備70
- 4.3 多層TMDCs的表征70-76
- 4.4 本章小結(jié)76-77
- 4.5 參考文章77-82
- 第五章 層狀TMDCS材料內(nèi)在半導(dǎo)體結(jié)的研究(2)82-94
- 5.1 引言82
- 5.2 實驗部分82-83
- 5.3 實驗結(jié)果及機理分析83-91
- 5.4 小結(jié)91
- 5.5 參考文章91-94
- 第六章 層狀TMDCS材料層間耦合作用的探索94-110
- 6.1 引言94-96
- 6.2 實驗部分96-98
- 6.2.1 MoSe_2/WSe_2異質(zhì)結(jié)生長96-97
- 6.2.2 實驗設(shè)計97-98
- 6.2.3 拉伸實驗98
- 6.3 實驗結(jié)果及內(nèi)在機理分析98-105
- 6.3.1 MoSe_2/WSe_2異質(zhì)結(jié)各特征峰的判斷98-100
- 6.3.2 MoSe_2/WSe_2異質(zhì)結(jié)拉伸結(jié)果分析100-105
- 6.4 本章小結(jié)105-106
- 6.5 參考文獻106-110
- 第七章 總結(jié)和將來的工作計劃110-114
- 7.1 總結(jié)110-111
- 7.2 將來的工作計劃111-112
- 7.3 參考文獻112-114
- 在學(xué)期間的研究成果114-118
- 致謝118
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3 孟s
本文編號：324200
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