二維材料MoSe2及In2Se3-MoSe2異質結的可控制備與表征.pdf

1、近年來，二維層狀半導體材料，包括過渡金屬族硫屬元素化物(TMDs)(MX2，其中M為過渡金屬如Mo或W，X為S，Se或Te)和Ⅲ-Ⅵ族層狀化合物(MX或M2X3，其中M為Ga或In，X為S，Se或Te)，受到了科研界的廣泛關注。特別是新型的二維異質結，不僅在基礎研究領域中舉足輕重，例如二維MoSe2/WSe2異質結中type-Ⅱ的能帶關系會導致超快電荷分離以及形成長壽命層間激子，更是在器件應用方面大展拳腳，包括光伏器件，發(fā)光二極管和光電

2、探測器等等。
　　本論文的核心內容是:探索出了制備單層MoSe2的合適生長條件，并發(fā)展了一種通用的化學氣相沉積(CVD)方法，用來合成TMDs和Ⅲ-Ⅵ族層狀化合物材料。利用這一方法，我們成功制備了In2Se3(2L)/MoSe2(1L)垂直型范德華爾斯異質結構，并系統(tǒng)研究了這種新的異質結的光學和電學特性。本論文主要包含四章內容:
　　在第一章中，我們系統(tǒng)綜述了二維TMDs的各種性質，包括晶體結構，電子結構和光學特性。同時還總

3、結了二維TMDs的各種應用，包括場效應晶體管、光電探測器、環(huán)境傳感器和能谷電子學。最后，我們介紹了兩種主要的制備方法:“自上而下”和“自下而上”。
　　在第二章中，我們采用CVD化學氣相沉積方法，成功制備出單層以及單雙層共存的MoSe2樣品，并針對生長過程中的主要影響參量，諸如反應源的量、襯底的不同位置、載氣通量、生長時間等，進行了深入的探討和分析。針對現(xiàn)有生長實驗架構中MoO3源處于開放環(huán)境，導致消耗速度過快，不能滿足反應持續(xù)進

4、行的弱點，我們提出了一個改善方案，這一新的生長架構不僅適用于單層MoSe2單晶的生長，而且還成功制備出單層MoS2以及Ⅲ-Ⅵ族In2Se3單晶，展現(xiàn)出該生長架構的通用性。此外，我們對單層MoSe2單晶進行了一系列的表征，包括AFM、TEM、Raman、PL以及電學測試，證實了所制備的MoSe2具有良好的結構和性能。與此同時，我們還針對同這些表征手段密切相關的實驗方法和技術，例如二維材料的轉移、電極制備工藝等，開展了系統(tǒng)的摸索和改進，并進

5、行了詳細的總結。
　　在第三章中，首先詳細介紹了2D-2D異質結的研究現(xiàn)狀，包括制備方法、物理性質以及器件應用。隨后，通過兩步CVD的生長方法，我們成功制備了垂直型范德華爾斯外延的In2Se3(2L)/MoSe2(1L)異質結構，并對生長過程進行了合理的討論。TEM和拉曼表征確認了異質結的晶體結構，并顯示In2Se3與單層MoSe2具有接近一致的晶格取向。由于二維In2Se3和MoSe2之間的相互作用，單層MoSe2的光致發(fā)光會出