重离子辐照CVD制备的MoS_2的损伤效应研究

【摘要】：在摩尔定律的引导和推动下,半个世纪以来半导体产业得到了快速成长。但近年来随着制程工艺的不断提升,摩尔定律开始出现一些失效,从物理学上7nm是制备工艺的物理极限,一旦晶体管制程小于这个尺寸,量子隧道效应会成为常见问题,为芯片制造带来巨大的挑战。单层MoS_2因其具有高导热性、导电性和高电流开关比的优质性能,同时具有合适的直接带隙宽度(约1.8eV),使之成为未来纳米器件中可能替代硅的重要候选半导体材料之一。因此,研究离子在薄层MoS_2材料和器件中的辐照损伤机制及缺陷的形貌特征,对于认知离子束与超薄层材料的相互作用过程、开拓MoS_2材料和器件的应用领域具有重要意义。本文工作主要是针对重离子对单层MoS_2的辐照损伤效应的研究。通过光学显微镜、拉曼光谱确定了 CVD法制备的不同厚度MoS_2的层数;采用拉曼分析结合AFM观测分析总结了高能209Bi离子辐照CVD(化学气相沉积法)制备的单层MoS_2随辐照注量的损伤规律;给出了 CVD与机械剥离法制备的单层MoS_2辐照前后的结果对比和分析。利用AFM测试,观测到了快重离子在单层MoS_2中产生的潜径迹;通过多视野观测比较离子注量与潜径迹数给出了平均径迹产生率;获得了 CVD法单层MoS_2的潜径迹形貌主要以凹坑形式出现,与机械剥离法观测到的突起径迹明显不同。利用Raman光谱,观测到随着辐照注量的增加,MoS_2的E2g1和A1g两种特征峰峰强呈现明显的减弱趋势,这是由于潜径迹中S原子空位吸附空气中高结合能的氧分子,抽取MoS_2中自由电子而造成的。辐照后E2g1和A1g两种声子振动模式所相对应的拉曼峰随辐照注量发生了逐渐蓝移,这是由于辐照后潜径迹缺陷的形成,会直接引起晶格形变,必然伴随表面应力改变和热导率的降低,拉曼测量中激光功率使得MoS_2局部升温,引起整体的峰位蓝移。MoS_2的E2g1模式的电子—声子耦合程度比A1g模式弱很多,以致不同注量的辐照对式模式峰位影响较小,表现出E2g1峰位的蓝移程度较小。相比于机械剥离法,E2g1 CVD法样品的拉曼峰峰强对辐照剂量的灵敏度更高。峰位整体的蓝移程度小于机械剥离法,这是由于制备工艺的不同引起的。