二維硫化鉬的化學(xué)氣相沉積法制備及其光電性能研究.pdf

1、二維過渡族金屬硫化物材料因其具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)而引起了科學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。該系列材料中備受關(guān)注的是二硫化鉬材料，它類似于石墨烯結(jié)構(gòu)，在二維平面內(nèi)均由共價(jià)鍵組成，其體相材料是一種間接帶隙半導(dǎo)體，帶隙為1.2 eV；然而，當(dāng)二硫化鉬的層數(shù)減薄至單層時(shí)，它便成為一種直接帶隙半導(dǎo)體，其帶隙為1.8-2.0 eV。與零帶隙的石墨烯相比，可調(diào)控帶隙的二硫化鉬在光電子器件中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前，化學(xué)氣相沉積法已成為制備二硫化鉬薄膜的主要手段，

2、該方法與半導(dǎo)體微加工技術(shù)有良好的兼容性，從而有利于制備功能器件。然而，基于低成本、高效率的可控制備方法中還需要深入研究，不同層數(shù)二硫化鉬薄膜的光電性能研究還存在大量的基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)問題亟待解決。本論文通過化學(xué)氣相沉積法制備出了高質(zhì)量的二硫化鉬薄膜，并深入探討了生長機(jī)理，系統(tǒng)研究了薄膜的電化學(xué)析氫特性、場(chǎng)效應(yīng)晶體管及光電探測(cè)器等器件性能，論文主要的研究工作和結(jié)果有：
　　首次在金屬鉬箔上以常壓化學(xué)氣相沉積法制備了二硫化鉬薄膜。通過對(duì)鉬

3、箔基底的高溫退火顯著提高了薄膜的連續(xù)及均勻性，以氧化觀察法可簡單、快速的判斷出樣品的均勻及完整性。用腐蝕基底濕轉(zhuǎn)移法將二硫化鉬薄膜完整地轉(zhuǎn)移至硅片、石英等襯底上，對(duì)薄膜的質(zhì)量表征顯示可制備出大面積連續(xù)的單層二硫化鉬薄膜。對(duì)比分析薄膜的生長形貌并結(jié)合理論計(jì)算深入揭示了薄膜的生長機(jī)理。
　　通過對(duì)鉬箔進(jìn)行高溫氧化形成幾個(gè)納米的二氧化鉬氧化層，極大地促進(jìn)了硫化法制備出垂直生長的硫化鉬薄膜及大面積連續(xù)的多層二硫化鉬薄膜。因氧化層特有的形貌

4、特點(diǎn)，薄膜以垂直方向生長形成了陣列結(jié)構(gòu)條紋狀的表面形貌，高密度的層邊緣懸空鍵顯著增加了薄膜的電化學(xué)析氫特性。
　　研究了不同厚度二硫化鉬薄膜的場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光電探測(cè)器等器件的光電性能。對(duì)器件進(jìn)行的高真空低溫退火可以使得薄膜與電極之間形成良好的歐姆接觸，器件的性能測(cè)試顯示出較高的開關(guān)比，測(cè)試環(huán)境會(huì)影響器件的載流子遷移率。探索了二硫化鉬與硅形成的垂直異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，即使在較低的偏壓下對(duì)不同的光能量也顯示出較好的光響應(yīng)變化，環(huán)形電極的