【摘 要】
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过渡金属硫化物(TMDC),如二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2),作为一类具备特殊晶格结构和纳米尺度效应的二维材料,因为其优异的电学和光学性能,在新一代光电子器件等方面具备较大的应用前景。化学气相沉积方法可以用于制备高品质、大面积的TMDC材料。更进一步的,利用转移的方法可以将化学气相沉积法制备的TMDC材料进行集成制备出范德瓦尔斯异质结。本文首先研究了化学气相沉积方法制备MoS2和WS2的
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过渡金属硫化物(TMDC),如二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2),作为一类具备特殊晶格结构和纳米尺度效应的二维材料,因为其优异的电学和光学性能,在新一代光电子器件等方面具备较大的应用前景。化学气相沉积方法可以用于制备高品质、大面积的TMDC材料。更进一步的,利用转移的方法可以将化学气相沉积法制备的TMDC材料进行集成制备出范德瓦尔斯异质结。本文首先研究了化学气相沉积方法制备MoS2和WS2的过程,然后对转移机理进行了研究,进而实现了范德瓦尔斯异质结的制备,并对异质结的光学性质以及扭转角对带隙的调制作用进行了研究。主要研究内容和成果如下:1.通过化学气相沉积方法制备了MoS2和WS2样品。利用通过光学显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜、透射电子显微镜以及拉曼光谱仪对MoS2和WS2样品的尺寸大小、厚度以及层状结构进行了细致的表征分析。钼金属表面与和氧化钼晶体表面分别进行硫化的实验,制备出了垂直排列的厚度约为5 nm的MoS2纳米片。氧化钼蒸气与硫蒸气反应的实验,制备出了尺寸普遍为20μm,厚度为0.7nm的单晶MoS2和WS2样品,为后续性质研究奠定了基础。2.通过MoS2与去离子水的相互作用研究了水辅助转移的机理。水滴和水蒸气喷到MoS2上用于模拟转移过程中水的引入过程,并在光学显微镜下实时记录了相互作用过程。发现了水与MoS2相互作用的两种模式,证明MoS2与Si O2衬底界面处液态水膜的存在是MoS2从生长衬底上可以剥离的原因。为了在纳米尺度对MoS2与水的相互作用过程进行观察,在高相对湿度环境下使用环境控制的原子力显微镜对MoS2进行扫描,发现了MoS2与Si O2界面处的超浸润行为。分析探讨了超浸润界面的产生原因与相关性质。提出了一种利用超浸润界面进行转移的新机理,并成功实现了MoS2和WS2从生长衬底到柔性PDMS衬底或Si O2衬底的高效、洁净的转移。3.通过转移制备了MoS2/WS2范德瓦尔斯异质结和MoS2/MoS2同质结。主要研究了MoS2/WS2异质结的光学特性,发现了异质结存在的光致发光增强现象。研究了扭转角对异质结带隙的调制作用,发现层间耦合的强弱是影响调制作用的关键因素。
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