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《西北大学》 2016年
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二维层状材料MoS_2的制备及其光电特性研究

闫现丁  
【摘要】:随着以石墨烯为代表的二维层状纳米材料研究的深入,类石墨烯材料,例如MoS_2等过渡金属硫化物的研究也逐渐被广泛关注,鉴于MoS_2能带结构的特殊性,其在能源、光电子器件等方面具有潜在的应用前景。本文主要从以下五个方面展开MoS_2制备及光电特性研究。(1)总结了二维层状纳米材料、太赫兹时域光谱系统以及椭偏光谱系统的发展与应用。从二维层状纳米材料的发展历史与研究现状出发,由石墨烯的能带结构限制了其在光电器件中的应用,引出过渡金属硫化物MoS_2,并对MoS_2的结构、性能等进行了归纳与总结。(2)研究了MoS_2在太赫兹与可见光波段的介电响应。鉴于光电子元器件的工作频率正由GHz向THz迈进,同时可见光波段的光电器件需求正逐步增加,我们通过太赫兹时域光谱系统与椭偏光谱系统对块状MoS_2晶体在太赫兹与可见光波段的介电响应、吸收系数、折射率等光学参数进行了详细的讨论与分析,并通过Lorentz模型、Drude模型对块状MoS_2晶体在太赫兹与可见光波段的介电响应进行模型拟合,解释了响应内部的物理机制。相关的研究进一步推动了MoS_2在太赫兹与可见光波段的光电子元器件上的应用。(3)讨论了多种制备单层MoS_2的方法。为了探究单层MoS_2的制备方法,我们尝试使用Scotch胶带机械剥离块状MoS_2晶体制备单层MoS_2,物理气相沉积法制备单层MoS_2,液相剥离法制备MoS_2薄膜等多种方法,并在文中作了详细的探讨与分析。借助光学显微镜、拉曼、SEM等表征方式研究了各种MoS_2制备方法所制备样品的质量,并根据样品的质量对实验参数进行不断的优化调整进而得到大面积、高质量的单层MoS_2制备方法。(4)由MoS_2能带结构我们知道,薄层MoS_2与块状MoS_2晶体相比,具有不同的光电特性,在光电子元器件中应用的一般为薄层MoS_2,我们借助太赫兹时域光谱系统对液相剥离法制备的不同厚度的MoS_2薄膜进行了太赫兹响应的分析,并求出了MoS_2薄膜在太赫兹波段的薄层电导。(5)研究了MoS_2薄膜的光电化学性能。从半导体光电极的光电响应原理着手,对基于MoS_2薄膜的光电极制备、光电流的测量等进行了详细的研究与分析,阐述了MoS_2光电化学响应的过程与原理,并给出了提高MoS_2薄膜光电响应的研究思路。
【关键词】:MoS_2 二维材料 介电响应 太赫兹时域光谱 椭偏光谱 光电化学
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB383.1;O484
【目录】:
  • 摘要4-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第一章 绪论10-22
  • 1.1 引言10-18
  • 1.1.1 二维层状纳米材料概述10-11
  • 1.1.2 维层状纳米材料的结构11-13
  • 1.1.3 维层状纳米材料的制备方法13-14
  • 1.1.4 维层状纳米材料的层数确定方法14-16
  • 1.1.5 维层状纳米材料的光电特性及其研究进展16-18
  • 1.2 太赫兹时域光谱技术的发展与应用18-19
  • 1.3 椭偏光谱技术的发展与应用19
  • 1.4 本文的主要研究思路与内容19-22
  • 第二章 MoS_2晶体在太赫兹与可见光波段的介电响应22-34
  • 2.1 引言22-23
  • 2.2 MoS_2晶体在太赫兹波段的介电响应23-29
  • 2.2.1 MoS_2晶体的太赫兹时域光谱测量23-24
  • 2.2.2 MoS_2晶体的太赫兹时域光谱傅立叶变换24-25
  • 2.2.3 MoS_2晶体在太赫兹波段的吸收系数与折射率25-26
  • 2.2.4 MoS_2晶体在太赫兹波段的介电常数26-27
  • 2.2.5 MoS_2晶体在太赫兹波段介电常数的模型拟合27-29
  • 2.3 MoS_2晶体在可见光波段的介电响应29-33
  • 2.3.1 MoS_2晶体的椭偏参数测量29-30
  • 2.3.2 MoS_2晶体在可见光波段的介电常数30-31
  • 2.3.3 MoS_2晶体在可见光波段介电常数的模型拟合31-32
  • 2.3.4 MoS_2晶体在可见光波段的吸收系数与折射率32-33
  • 2.4 本章小结33-34
  • 第三章 二维层状纳米材料MoS_2的制备34-46
  • 3.1 3M牌Scotch胶带机械剥离块状MoS_2晶体制备单层MoS_234-36
  • 3.2 物理气相沉积法制备大面积、高质量单层MoS_236-39
  • 3.3 液相剥离法制备MoS_2薄膜39-44
  • 3.3.1 实验材料与设备39
  • 3.3.2 实验步骤与细节39-42
  • 3.3.3 液相剥离法制备MoS_2薄膜的拉曼光谱42-43
  • 3.3.4 液相剥离法制备MoS_2薄膜的微观形貌43-44
  • 3.4 本章小结44-46
  • 第四章 液相剥离法制备的MoS_2薄膜的太赫兹响应46-54
  • 4.1 MoS_2薄膜的光学照片与微观形貌46-47
  • 4.2 MoS_2薄膜在可见光波段的吸收率47-48
  • 4.3 MoS_2薄膜的太赫兹时域光谱48-50
  • 4.4 MoS_2薄膜的太赫兹相对透过率50-51
  • 4.5 MoS_2薄膜的太赫兹薄层电导51-53
  • 4.6 MoS_2薄膜在太赫兹波段的应用53
  • 4.7 本章小结53-54
  • 第五章 MoS_2薄膜的光电化学性能54-62
  • 5.1 引言54-56
  • 5.1.1 光电化学的发展与应用54
  • 5.1.2 半导体光电极的光电响应原理54-55
  • 5.1.3 光电化学实验的三电极测试系统55-56
  • 5.2 MoS_2薄膜光电化学实验与结果分析56-61
  • 5.2.1 基于MoS_2薄膜的光电极制备56-57
  • 5.2.2 MoS_2薄膜的光电化学实验57-58
  • 5.2.3 MoS_2薄膜光电化学实验的结果分析58-61
  • 5.3 基于MoS_2薄膜的光电极光电化学性能提高方法61
  • 5.4 本章小结61-62
  • 总结与展望62-66
  • 总结62-63
  • 展望63-66
  • 参考文献66-74
  • 致谢74-76
  • 攻读硕士学位期间取得的成果与奖励76

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