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二硫化钼量子点及异质结的制备和其荧光调控研究

二硫化钼量子点及异质结的制备和其荧光调控研究

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作者：蔡迪江南大学

学位级别：硕士

类石墨烯二硫化钼(MoS)作为过渡金属硫化物中重要的成员之一,因独特的性能而被广泛关注。与MoS纳米片相比,尺寸小于20 nm的MoS量子点由于量子限制效应和边缘效应而具有新颖的特性和应用价值。到目前为止,MoS量子点已经应用于析氢反应,... 详细信息

类石墨烯二硫化钼(MoS)作为过渡金属硫化物中重要的成员之一,因独特的性能而被广泛关注。与MoS纳米片相比,尺寸小于20 nm的MoS量子点由于量子限制效应和边缘效应而具有新颖的特性和应用价值。到目前为止,MoS量子点已经应用于析氢反应,光催化,生物成像,光电器件等等。然而,所报道的MoS量子点的制备大多涉及到有机溶剂,具有毒性、耗时长、步骤繁琐等问题。因此,探索出一种方便、高效率的合成MoS量子点的方法具有重要意义。此外,零维和二维材料结合成一个纳米异质结结构,可有效促进光激发电子-空穴对的分离,对于提高光电器件的光响应和探测率有很大的益处。本文探索出了全新且便捷的制备MoS量子点的方法,通过温和氢气等离子体处理和后续热退火的结合在薄层MoS上合成了MoS量子点,并因量子点的量子限制效应实现对MoS的荧光调控。另外,本文还制备了MoS量子点与InSe异质结结构,研究了两者间的电荷转移特性及荧光调控影响。论文的主要工作和结果归纳如下:1.采用温和氢气等离子体对薄层MoS进行处理,在薄层MoS表面生成了MoS纳米点,系统地研究了等离子体的压强、氢气气体流量对纳米点尺寸的影响,在最优化的工艺条件实现了最小尺寸(40-50 nm)MoS纳米点的制备。热退火2 h后MoS纳米点尺寸可进一步减小到10 nm以内,MoS量子点形成。氢等离子体处理后,MoS在574和582 nm附近出现两个新的荧光峰,是由于纳米点的量子限制效应引起的荧光特性偏移。此外,热退火还能修复MoS的缺陷(S空位),导致MoS拉曼峰和新的荧光峰强度增强,实现对MoS荧光调控。最后,对制备的MoS量子点进行了电化学析氢测试,系统地探究了MoS量子点的尺寸对析氢性能的影响,其中最小尺寸对应的起始电位最低(176 mV)。2.采用乙醇和去离子水等比例混合的液相超声法制备溶液MoS量子点,系统地探究了超声时间、离心速率对量子点尺寸的影响,经超声10 h、高速离心再过滤后可得到尺寸最小(20 nm左右)的MoS量子点。通过旋涂法制备MoS量子点与InSe垂直异质结,InSe荧光发生淬灭,表明两者间的耦合可以促进电荷转移效应。针对不同层数InSe的荧光蓝移现象不同,又系统研究了MoS量子点对不同层数InSe的荧光调控影响。当InSe层数小于8 nm时,荧光淬灭的同时还会发生峰位蓝移现象,而层数大于8 nm时峰位不蓝移。这可能归因于InSe厚度较高时,荧光带隙受到强大的层间相互作用的影响,MoS量子点对InSe的荧光调控不明显。

关键词：温和氢气等离子体二硫化钼量子点量子限制效应荧光调控 MoS2量子点与InSe异质结

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二维材料碲化钼的相变特性研究

二维材料碲化钼的相变特性研究

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作者：陈志荣江南大学

学位级别：硕士

继石墨烯之后,黑磷、二维过渡金属硫属化合物(TMDCs)、六方氮化硼等类石墨烯二维材料引起了国内外学术界的广泛关注。TMDCs因拥有天然可控的带隙、高的载流子迁移率及可调控相变等优异性能而备受重视。其中,碲化钼(MoTe)的半导体相(2H相... 详细信息

继石墨烯之后,黑磷、二维过渡金属硫属化合物(TMDCs)、六方氮化硼等类石墨烯二维材料引起了国内外学术界的广泛关注。TMDCs因拥有天然可控的带隙、高的载流子迁移率及可调控相变等优异性能而备受重视。其中,碲化钼(MoTe)的半导体相(2H相)与半金属相(1T’相)能量差仅为35 meV,远小于其它同类二维材料,因此在相位调控工程领域有着巨大的应用前景。之前有研究表明,高温退火、激光灼烧、在CVD生长过程中调控降温速率等方法均可以实现MoTe的相变,但这些方法的操作步骤相对复杂,同时在处理过程中容易对样品造成损伤,也难以实现大面积均匀调控。因此,寻求一种简单无损、可以实现大范围调控的相变手段极为迫切。鉴于此,本文对MoTe的几种相变手段及其机理进行了系统研究。首先,通过研究MoTe拉曼光谱随激光功率变化的规律得出了基于激光灼烧使其相变的机理,提取了MoTe发生近乎无损相变的最佳功率。在此基础上,进一步研究了衬底热导率对相变的影响,得出不同衬底热导率与相变功率的关系。最后,提出一种简易无损的温和氢气等离子体技术,实现了不同层数MoTe的可控均匀相变,并对相变前后MoTe的光学及电学性能进行了系统的对比与研究,分析了其相变调控的机理。论文的主要研究内容归纳如下:1.对MoTe拉曼光谱随激光功率的变化情况进行了研究,探讨了基于激光灼烧手段的相变机理。研究发现,在激光照射区域,激光在样品表面积聚的热量使得MoTe形成大量碲空位缺陷,引起了其晶格结构的变化,这是产生相变的根本原因;接着,分别研究了具有不同热导率的四种衬底(SiO/Si、Si、GaAs和PDMS(聚二甲基硅氧烷))对最佳相变功率的影响,发现最佳相变功率与衬底的热导率成正比关系。热导率为0.35W/MK的PDMS衬底仅需2mW功率的激光即可实现相变;然后,基于低功率激光灼烧,在PDMS衬底上完成MoTe的微区可控相变,实现了MoTe的图像化拉曼成像;最后,提出相变的MoTe具有表面拉曼增强的作用,并对其机理进行了解释。2.首次采用温和氢气等离子体技术并结合高温退火手段实现了不同层数MoTe 2H与1T’相之间的可控转换。通过拉曼光谱对不同处理阶段样品的相变程度进行了表征,研究发现:发生相变时,样品的E及A拉曼峰的半峰宽都发生展宽,且其峰强呈现不断降低的趋势;另外,光学显微镜和原子力显微镜的表征结果表明:在等离子体处理过程中并不会对样品造成刻蚀和破坏;通过对氧气和氩气等离子体处理结果进行对比,归纳出基于氢气等离子体能实现无损相变的主要原因是:氢气等离子体能量较小,在处理过程中能保证使MoTe结中上层Te原子层发生滑移的同时不引入额外缺陷。并且,该方法配合300℃下的高温退火可以实现相变的可逆调控,较其它相变方法更具有不可比拟的优势。

关键词：碲化钼相变激光灼烧表面拉曼增强温和氢气等离子体

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