有機小分子修飾單層二硫化鉬及其光電性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、自2004年首次剝離獲得單層石墨烯以來,二維半導體材料在近十多年的時間里得到了長足的發(fā)展。以二硫化鉬為首的類石墨烯半導體材料從塊體變?yōu)樯賹由踔羻螌訒r會表現(xiàn)出特殊的光譜學和光電性能。但是受到二硫化鉬自身帶隙和聲子限制載流子遷移率的影響,亟待發(fā)展一些調(diào)控二硫化鉬電學、光電性能的方法。本文重點研究二硫化鉬的生長條件,并利用染料敏化修飾化學氣相沉積法(CVD)生長得到的單層二硫化鉬,增強其光電性能,同時還對增強的機理進行深入地研究。
  

2、本文采用化學氣相沉積的方法可控制備單層的三角形二硫化鉬單晶。實驗中對溫度、時間、載氣流速、反應源的用量、生長距離等條件進行對比研究,發(fā)現(xiàn)在溫度為700oC,生長時間為25min,載氣流速為15sccm,三氧化鉬粉末為40mg,生長距離為4cm時生長得到的單層二硫化鉬單晶質(zhì)量最好、尺寸最大。
  本文選擇三種具有不同分子結(jié)構(gòu)和吸收光譜的染料:甲基橙、羅丹明6G、亞甲基藍,對生長得到的單層二硫化鉬進行敏化修飾。修飾后發(fā)現(xiàn),在波長為49

3、0nm時,這些染料修飾的二硫化鉬光探測器的光響應度分別達到了3.73A/W,1.49A/W,10.87A/W;并且在一個較寬的波長范圍內(nèi),其光響應度都是隨著波長的增加而增加的,增加倍數(shù)分別約為8倍、11倍、20倍。在進一步偏壓和功率對其性能影響的測試中發(fā)現(xiàn),敏化后的二硫化鉬光探測器表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性和線性的增強倍數(shù)關(guān)系。這些都說明染料在提高二硫化鉬光探測器性能方面起到了非常重要的作用。
  進一步的實驗研究發(fā)現(xiàn),二硫化鉬和染料之

4、間的電荷轉(zhuǎn)移機制是導致其光電性能增強的主要原因。為此,本文通過拉曼光譜表征了其電荷轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象,以及場效應光電管測試計算出了三種染料敏化前后的載流子濃度的增強倍數(shù),進一步驗證了之前的設想。最后本文通過對染料吸光系數(shù)的表征和平面結(jié)構(gòu)的模擬說明了導致三種染料電荷轉(zhuǎn)移程度不同的原因。亞甲基藍具有優(yōu)異的平面性,并且該染料分子中的S原子能夠和二硫化鉬中缺陷和邊界處的Mo原子和S原子形成S-Mo、S-S的相互作用,有利于光生載流子從染料上的最低空軌道

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