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作者：廖大庆湘潭大学

学位级别：硕士

二维纳米材料,尤其是过渡金属硫族化合物,由于其令人着迷的光电性能,可调的带隙,出色的柔韧性和稳定性而引起了越来越多的关注。二维二硫化钼(MoS)凭借独特的谷底偏振光学响应,快速的光学响应速度以及在很宽的波长范围内有非常高的光吸... 详细信息

二维纳米材料,尤其是过渡金属硫族化合物,由于其令人着迷的光电性能,可调的带隙,出色的柔韧性和稳定性而引起了越来越多的关注。二维二硫化钼(MoS)凭借独特的谷底偏振光学响应,快速的光学响应速度以及在很宽的波长范围内有非常高的光吸收率,使其在光电器件中得到了广泛应用。表面电势与纳米材料的功函数和费米能级有关联,对研究载流子浓度,电荷传输,接触势垒和纳米器件的设计具有重要意义。因此,研究二维MoS的表面电势对其电子、光电甚至压电器件的设计和应用都至关重要。本文通过化学气相沉积法制备了不同层数的二维MoS,并成功转移至不同衬底上做成约束应变样品。利用原子力显微镜(AFM)研究了光场和约束应变对二维MoS表面电势的影响,以及对约束应变MoS样品进行了电学与光电学测试。本文主要研究内容如下:(1)结合拉曼光谱和AFM验证MoS的层数,再通过将光场引入扫描开尔文探针显微镜(KPFM)测试模块,测量了无光和有光条件下不同层数MoS的表面电势。结果表明,有、无光照条件下奇偶层MoS表面电势的差值(ΔCPD)存在明显的震荡行为。(2)基于横向光伏和压电效应,推导出ΔCPD的理论表达式,并由此解释了光照下MoS的ΔCPD震荡行为。利用密度泛函理论计算得到了单层MoS的压电电荷宽度((20))),进一步可知单层MoS的理论ΔCPD值,发现其与实验值非常接近。奇数层MoS的压电系数和(20))都会随着厚度的增加而减小,故ΔCPD也是逐层减小。当MoS层数大于7或为偶数时,由于它们的压电系数几乎为零,所以ΔCPD是比较稳定的。(3)利用KPFM对约束应变MoS样品进行表面电势的测量,发现MoS表面电势的分布受与衬底的接触状态影响。悬浮的圆槽区域样品CPD值比平坦区域要高,但对触底的长方形槽样品而言,只有槽线边缘的样品CPD值相对平坦区域会大幅度减小。(4)对长方形槽衬底上的MoS进行电学与光电性能测试,可以发现越接近槽线区域的样品所受应变越大,载流子浓度、电导率与光电开关比也越高。约束应变引起的费米能级上升、导带与价带能级的下降,导致表面电势减小、肖特基势垒的降低及应变区域的激子累积,进而影响二维MoS的电学与光电性能。

关键词：二维MoS2 光场约束应变表面电势电学性能

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