有機(jī)小分子修飾單層二硫化鉬及其光電性能研究.pdf

1、自2004年首次剝離獲得單層石墨烯以來，二維半導(dǎo)體材料在近十多年的時(shí)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(dǎo)體材料從塊體變?yōu)樯賹由踔羻螌訒r(shí)會(huì)表現(xiàn)出特殊的光譜學(xué)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(xué)、光電性能的方法。本文重點(diǎn)研究二硫化鉬的生長條件，并利用染料敏化修飾化學(xué)氣相沉積法（CVD）生長得到的單層二硫化鉬，增強(qiáng)其光電性能，同時(shí)還對(duì)增強(qiáng)的機(jī)理進(jìn)行深入地研究。
　　

2、本文采用化學(xué)氣相沉積的方法可控制備單層的三角形二硫化鉬單晶。實(shí)驗(yàn)中對(duì)溫度、時(shí)間、載氣流速、反應(yīng)源的用量、生長距離等條件進(jìn)行對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)在溫度為700oC，生長時(shí)間為25min，載氣流速為15sccm，三氧化鉬粉末為40mg，生長距離為4cm時(shí)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(lán)，對(duì)生長得到的單層二硫化鉬進(jìn)行敏化修飾。修飾后發(fā)現(xiàn)，在波長為49

3、0nm時(shí)，這些染料修飾的二硫化鉬光探測(cè)器的光響應(yīng)度分別達(dá)到了3.73A/W，1.49A/W，10.87A/W；并且在一個(gè)較寬的波長范圍內(nèi)，其光響應(yīng)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(jìn)一步偏壓和功率對(duì)其性能影響的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，敏化后的二硫化鉬光探測(cè)器表現(xiàn)出了良好的穩(wěn)定性和線性的增強(qiáng)倍數(shù)關(guān)系。這些都說明染料在提高二硫化鉬光探測(cè)器性能方面起到了非常重要的作用。
　　進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，二硫化鉬和染料之

4、間的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制是導(dǎo)致其光電性能增強(qiáng)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(chǎng)效應(yīng)光電管測(cè)試計(jì)算出了三種染料敏化前后的載流子濃度的增強(qiáng)倍數(shù)，進(jìn)一步驗(yàn)證了之前的設(shè)想。最后本文通過對(duì)染料吸光系數(shù)的表征和平面結(jié)構(gòu)的模擬說明了導(dǎo)致三種染料電荷轉(zhuǎn)移程度不同的原因。亞甲基藍(lán)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