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二维过渡金属硫化合物的合成及光学表征

Amina Zafar  
【摘要】:过渡金属硫属化合物(TMD)以其丰富多样的光学和电学特性为光电应用提供了无限可能。原子级别厚度的TMD具有覆盖可见到近红外范围的卓越光吸收和光发射能力,有望应用于光电器件,譬如光电探测器,光伏器件和光发射器件等等。化学气相沉积(CVD)是一种行之有效的大规模生产高品质TMD单晶以及薄膜的方法。在本论文中,我们研究了 TMD材料的CVD可控成长技术,包括层数控制、形貌控制以及单晶尺寸控制。我们还通过光谱学方法分析了 MoS2,WS2,ReS2等CVD样品的质量,并研究缺陷对样品光电性质的影响。首先,本文通过改变引入CVD系统的硫(S)蒸气的总量和前置反应时间来生长出可控的单层、双层以及多层单晶WS2,从而实现最佳参数的调控以用于生长具有可控形状、尺寸以及厚度的WS2单晶。此外,基于层数变化的WS2场效应管迁移率,和具有优异光响应的三层WS2纳米片的高性能光电晶体管也进一步展示了本文的生长方法在TMD光电器件中的潜在应用前景。其次,提出了一种用于评估CVD生长MoS2样品质量的光谱学方法。通过低温缺陷诱导的束缚态激子发射,建立了晶体尺寸和生长温度与CVD生长MoS2单晶中的结构缺陷数量的关系。除此之外,我们的研究结果也表明CVD生长MoS2的结构缺陷不仅影响其光学质量,还会影响其电学性能。这种方法亦适用于评估MoS2之外的其他TMD材料的质量。最后,本论文报道了具有相同晶格对称性(WS2-MoS2)和不同晶格对称性(ReS2-MoS2)的面内异质结构的可扩展两步气相生长方法。本文使用拉曼散射和光致发光光谱来验证横向异质结的形成。研究表明该异质结构是p-n结,具有应用于新型光电器件的潜力。本论文报道的基于TMD的工作不仅为进一步合成其他TMD和异质结构提供了研究基础,同时也有助于二维半导体的光学和电学性质研究及其在电子和光电领域的应用。


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