二維材料MoSe2及In2Se3-MoSe2異質(zhì)結(jié)的可控制備與表征.pdf

1、近年來，二維層狀半導(dǎo)體材料，包括過渡金屬族硫?qū)僭鼗?TMDs)(MX2，其中M為過渡金屬如Mo或W，X為S，Se或Te)和Ⅲ-Ⅵ族層狀化合物(MX或M2X3，其中M為Ga或In，X為S，Se或Te)，受到了科研界的廣泛關(guān)注。特別是新型的二維異質(zhì)結(jié)，不僅在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域中舉足輕重，例如二維MoSe2/WSe2異質(zhì)結(jié)中type-Ⅱ的能帶關(guān)系會(huì)導(dǎo)致超快電荷分離以及形成長(zhǎng)壽命層間激子，更是在器件應(yīng)用方面大展拳腳，包括光伏器件，發(fā)光二極管和光電

2、探測(cè)器等等。
　　本論文的核心內(nèi)容是:探索出了制備單層MoSe2的合適生長(zhǎng)條件，并發(fā)展了一種通用的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法，用來合成TMDs和Ⅲ-Ⅵ族層狀化合物材料。利用這一方法，我們成功制備了In2Se3(2L)/MoSe2(1L)垂直型范德華爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并系統(tǒng)研究了這種新的異質(zhì)結(jié)的光學(xué)和電學(xué)特性。本論文主要包含四章內(nèi)容:
　　在第一章中，我們系統(tǒng)綜述了二維TMDs的各種性質(zhì)，包括晶體結(jié)構(gòu)，電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性。同時(shí)還總

3、結(jié)了二維TMDs的各種應(yīng)用，包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光電探測(cè)器、環(huán)境傳感器和能谷電子學(xué)。最后，我們介紹了兩種主要的制備方法:“自上而下”和“自下而上”。
　　在第二章中，我們采用CVD化學(xué)氣相沉積方法，成功制備出單層以及單雙層共存的MoSe2樣品，并針對(duì)生長(zhǎng)過程中的主要影響參量，諸如反應(yīng)源的量、襯底的不同位置、載氣通量、生長(zhǎng)時(shí)間等，進(jìn)行了深入的探討和分析。針對(duì)現(xiàn)有生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)架構(gòu)中MoO3源處于開放環(huán)境，導(dǎo)致消耗速度過快，不能滿足反應(yīng)持續(xù)進(jìn)

4、行的弱點(diǎn)，我們提出了一個(gè)改善方案，這一新的生長(zhǎng)架構(gòu)不僅適用于單層MoSe2單晶的生長(zhǎng)，而且還成功制備出單層MoS2以及Ⅲ-Ⅵ族In2Se3單晶，展現(xiàn)出該生長(zhǎng)架構(gòu)的通用性。此外，我們對(duì)單層MoSe2單晶進(jìn)行了一系列的表征，包括AFM、TEM、Raman、PL以及電學(xué)測(cè)試，證實(shí)了所制備的MoSe2具有良好的結(jié)構(gòu)和性能。與此同時(shí)，我們還針對(duì)同這些表征手段密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，例如二維材料的轉(zhuǎn)移、電極制備工藝等，開展了系統(tǒng)的摸索和改進(jìn)，并進(jìn)

5、行了詳細(xì)的總結(jié)。
　　在第三章中，首先詳細(xì)介紹了2D-2D異質(zhì)結(jié)的研究現(xiàn)狀，包括制備方法、物理性質(zhì)以及器件應(yīng)用。隨后，通過兩步CVD的生長(zhǎng)方法，我們成功制備了垂直型范德華爾斯外延的In2Se3(2L)/MoSe2(1L)異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并對(duì)生長(zhǎng)過程進(jìn)行了合理的討論。TEM和拉曼表征確認(rèn)了異質(zhì)結(jié)的晶體結(jié)構(gòu)，并顯示In2Se3與單層MoSe2具有接近一致的晶格取向。由于二維In2Se3和MoSe2之間的相互作用，單層MoSe2的光致發(fā)光會(huì)出