單層和少層二硫化鉬的制備及Co摻雜ZnO薄膜室溫鐵磁性的研究.pdf

1、本文的主要內(nèi)容為單層和少層二硫化鉬的制備以及Co摻雜ZnO薄膜室溫鐵磁性的研究。其中第一章講述了二維材料的基本概念，二硫化鉬的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、應(yīng)用，以及稀磁半導(dǎo)體的簡單介紹和目前稀磁半導(dǎo)體磁性機理的主要理論，并闡述了本文的選題目的與意義;第二章介紹了二硫化鉬層數(shù)與晶粒大小的表征方法，以及常見的二硫化鉬制備方法;第三章展示了1-4層二硫化鉬的機械剝離法制備和單層二硫化鉬薄膜的化學(xué)氣相沉積法制備，并探索二硫化鉬薄膜的生長過程以及影響二硫化鉬薄膜

2、生長的因素;第四章講述了在不同退火條件下Co摻雜ZnO薄膜的磁性和形貌結(jié)構(gòu)的變化，以及可能的磁性起源;第五章為總結(jié)與展望。第三章和第四章的具體內(nèi)容如下:
　　第三章:我們首先采用機械剝離法在三氧化二鉬襯底上制備單層、雙層、三層和四層二硫化鉬，接下來我們又以硫和三氧化鉬為原材料，通過化學(xué)氣相沉積法在三氧化二鉬襯底上制備得到了單層二硫化鉬薄膜。我們發(fā)現(xiàn)溫區(qū)中硫蒸汽的濃度對于單層二硫化鉬薄膜的生長起決定性作用，硫蒸汽的濃度過高或過低時都

3、不利于單層二硫化鉬薄膜的生長。實驗中可以通過調(diào)節(jié)硫源的位置和氬氣的流量來控制溫區(qū)中硫蒸汽的濃度。當(dāng)硫源置于氣流下游，氬氣流量為50sccm時，適合單層二硫化鉬薄膜的生長，而且光學(xué)性質(zhì)測試表明所制備的二硫化鉬薄膜是大面積均勻連續(xù)的單層膜，其質(zhì)量與機械剝離的單層二硫化鉬的質(zhì)量相當(dāng)。我們還發(fā)現(xiàn)當(dāng)硫源置于氣流下游，氫氣流量為20sccm時，可以在SiO2/Si襯底上直接制備MoS2/MoO2微板塊而不需要金屬氧化物粉末的幫助。最后我通過分析溫區(qū)

4、中不同位置上的產(chǎn)物，指出硫與三氧化鉬的反應(yīng)是一分步反應(yīng)，首先三氧化鉬被硫還原成亞氧化物MoO3-x，然后亞氧化物MoO3-x再被硫化為二硫化鉬，硫在整個反應(yīng)過程中既是還原劑又是硫化劑。
　　第四章:本章主要證明Co摻雜ZnO薄膜室溫鐵磁性的起源是與多種因素有關(guān)的。我們通過磁控濺射法在單晶硅襯底上沉積Zn0.95Co0.05O薄膜，并使薄膜在H2(5％)/N2(95％)的氣氛中不同的溫度下退火，我們發(fā)現(xiàn)退火后薄膜由順磁性變?yōu)殍F磁性，

5、其飽和磁矩隨著退火溫度的升高而逐漸增加，在700℃達到最大值，并且當(dāng)退火溫度為620℃和650℃時，薄膜飽和磁矩的大小會突然增大一個量級。巧合的是，當(dāng)退火溫度為620℃，薄膜開始被刻蝕;而當(dāng)退火溫度為650℃，薄膜開始變?yōu)榉蔷B(tài)。我們認為，氧空位的產(chǎn)生是薄膜由順磁性變?yōu)殍F磁性的原因，而由于氫氣刻蝕而增強的晶界效應(yīng)和非晶態(tài)物質(zhì)的產(chǎn)生分別導(dǎo)致了薄膜飽和磁矩的兩次突然增大。隨后，我們把氫氣退火后的薄膜在氧氣氣氛中退火四次，發(fā)現(xiàn)薄膜重新結(jié)晶，除