【摘 要】
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二维材料具有许多独特且优异的物理化学性质,但原子级的厚度限制了这类材料对光的吸收截面,成为阻碍其应用于光电子器件的关键问题之一。通过构建二维材料与表面等离激元（surface plasmon polariton,SPP）纳米结构的复合体系,可以增强二维材料与光的相互作用。一维的银纳米线相较于零维的银纳米颗粒,具有容易制备和可以同时激发传导型和局域型SPP等优点。对此,本工作介绍了银纳米线SPP对单
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二维材料具有许多独特且优异的物理化学性质,但原子级的厚度限制了这类材料对光的吸收截面,成为阻碍其应用于光电子器件的关键问题之一。通过构建二维材料与表面等离激元（surface plasmon polariton,SPP）纳米结构的复合体系,可以增强二维材料与光的相互作用。一维的银纳米线相较于零维的银纳米颗粒,具有容易制备和可以同时激发传导型和局域型SPP等优点。对此,本工作介绍了银纳米线SPP对单层二硫化钼（molybdenum disulfide,MoS2）光电性能的优化与提升,并在实验和仿真上探究了双根银纳米线间隙模式SPP的局域场分布与增强现象。通过微机械剥离法和化学气相沉积法制备得到单层的MoS2薄膜,并借助拉曼光谱和光致发光光谱等对其层数进行了判别;采用电子束光刻与电子束蒸镀等工艺完成器件电极的加工。对背栅单层MoS2光电晶体管的测试表明:沟道中的载流子浓度可以通过栅极电压进行调制,但该器件整体的光电性能参数并不能满足实际应用的需求。采用多元醇法合成银纳米线,通过干法转移、湿法转移和探针修饰等技术将之与单层MoS2复合形成两种不同的结构。在测试中发现:当银纳米线埋于单层MoS2下方时,由于形成的微小光学作用腔可以进一步提升单层MoS2对光的利用度,使SPP对单层MoS2的光谱增强效果明显优于将银纳米线置于单层MoS2上方时的光谱增强效果。此外,复合结构光电晶体管的性能也较单层MoS2光电晶体管的性能有所增强,尤其在光响应速度上提升了三个数量级。借助时域有限差分仿真对双根银纳米线SPP的场分布进行了研究,发现在一定距离范围内的双根银纳米线SPP耦合后,局域光场将集中于二者的间隙。随着间隙距离的减小,可以激发出强度超常的间隙模式SPP。在实验中通过比较双根银纳米线在不同间隙距离下激发的SPP对单层MoS2的光谱增强程度,证明了间隙模式SPP的存在,这些结果为新型SPP纳米结构的设计与优化提供了参考。
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