【摘 要】
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二硫化钼(MoS2)是二维材料家族的典型代表,由于其内部结构与石墨烯相似,不仅保留了石墨烯优良的电、光、机械性能。同时其具有1.2~1.8 e V的可调带隙,并且通过改变厚度可以调控禁带宽度,因此在制备电子学器件(如场效应管、发光二极管、光电探测器)上具有独特的优势。随着科技的高速发展,要在芯片上集成大量元器件,传统硅材料会产生漏电和散热不佳等问题,而二维结构的二硫化钼单层薄膜厚度往往是小于1 n
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二硫化钼(MoS2)是二维材料家族的典型代表,由于其内部结构与石墨烯相似,不仅保留了石墨烯优良的电、光、机械性能。同时其具有1.2~1.8 e V的可调带隙,并且通过改变厚度可以调控禁带宽度,因此在制备电子学器件(如场效应管、发光二极管、光电探测器)上具有独特的优势。随着科技的高速发展,要在芯片上集成大量元器件,传统硅材料会产生漏电和散热不佳等问题,而二维结构的二硫化钼单层薄膜厚度往往是小于1 nm的,同时具备石墨烯的光学、力学以及电学性能,使其在集成电路和纳米电子设备应用上成为可能。功能器件最佳性能的关键是在基板上将二维材料结构成我们所需要的图案。在这方面,二维材料的光学模式(图案)化由于其高通量、定点和按需制造的优势而受到了极大的关注。因此,本课题选择研究了MoS2的定点生长及其光电性能测试。(1)采用直流溅射+反应离子刻蚀+CVD法:在99%纯度的氩气环境下,溅射高纯度Mo靶材,随着溅射时间和溅射功率的加强,Mo薄膜变得紧密、晶体结构也较稳定。然后将样品盖上一块自制的掩膜版,放入RIE反应离子刻蚀机器里面,通入SF6,对金属Mo进行刻蚀。然后将制备好的Mo薄膜,放入管式炉中进行硫化。控制反应温度,分别设置为600℃、700℃、800℃,运载气体为Ar环境下硫化金属Mo薄膜,当温度达到800℃,MoS2的物相最纯。硫化操作中,S粉的质量为0.8 g,这样不但能够充分硫化Mo,而且能够避免硫蒸气流入空气造成污染。(2)使用交流溅射+光刻+CVD高温退火:首先利用光刻法,在氧化硅上制备出我们想要的图案,然后在将刻有图案的硅片放入磁控溅射镀膜仪上进行真空溅射,靶材选择的是MoS2靶材,溅射固定时间固定功率后,放入管式炉内退火。此时制备出的就是我们想要的图案化的MoS2。相比较用Mo硫化,换成MoS2靶材之后不需要硫化,因此不会污染空气。本文的主要内容就是定点制备二硫化钼。次要内容是将制备好的MoS2应用到光电领域测试其光电性能,证明本实验定点生长的二硫化钼薄膜在实际生活中具有广泛的应用场景。使用射频磁控溅射法+MoS2靶材,通过控制单一变量法,分别控制溅射时间、退火温度以及溅射功率制备出3组薄膜样品。对这几组样品,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射技术(XRD)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱仪以及紫外可见光谱仪对薄膜进行表征,初步得到溅射压强为1.0 Pa、溅射功率为30 W、溅射时间为30 min以及退火温度为500℃的时候,此时的薄膜的晶体质量、表面形貌是最佳的。再将制备好的性能优异的薄膜制作成光电探测器,通过对光电探测器的探究可以分析出薄膜的光电性能。
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