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mos2薄膜制备及其光电性能研究

MoS2薄膜制备及其光电性能研究

作者：冯璞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

二硫化钼是独具代表性的n型半导体,比起零带隙的石墨烯,其具有1.2 eV.8eV的可调带隙,因此在制备电子学器件(如光电探测器、场效应晶体管)上具有优势。同时,与具有三维体结构的传统半导体硅相比,二维结构的二硫化钼因其单层厚度仅为0.65 ... 详细信息

二硫化钼是独具代表性的n型半导体,比起零带隙的石墨烯,其具有1.2 eV.8eV的可调带隙,因此在制备电子学器件(如光电探测器、场效应晶体管)上具有优势。同时,与具有三维体结构的传统半导体硅相比,二维结构的二硫化钼因其单层厚度仅为0.65 nm,同时兼具特别的光学、电学以及力学性能,使其在微小规格、高能效的电子芯片、纳米电子设备等领域具有更广阔的前景。此外,Mo和S为天然矿物,储量丰富,价格低廉,增强了mos在光电器件领域应用的可能性。起初,人们对二硫化钼的研究停留在润滑剂领域。近年来随着二硫化钼研究的深入,人们开始更多的关注其在纳米电子学、太阳能电池、柔性透明材料等方面的应用。因此,本课题选择研究mos薄膜材料制备及其光电器件,主要研究内容如下:首先,本文针对mos薄膜的射频磁控溅射制备工艺进行了研究:在石英衬底上通过射频磁控溅射,采用控制单一变量,分别改变溅射压强、溅射功率、溅射时间以及退火温度制备出四组薄膜样品。通过X射线衍射分析(XRD),原子力扫描(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱仪、光致发光光谱仪、以及拉曼光谱仪对薄膜进行表征,通过分别对薄膜的晶体质量、表面形貌、光学性能进行分析对比,初步得到制备薄膜最佳的工艺参数为溅射压强为1.0 Pa、溅射功率为200 W。其次,鉴于溅射时间和退火温度对mos薄膜表面形貌的巨大影响,由此引起薄膜光电性能的改变。本文制备了系列光电导型探测器,对薄膜样品进行了光电响应测试,根据光谱响应和I-V特性,得出了薄膜形貌和结晶质量对于薄膜光电性能的影响规律,确定最佳溅射时间为40 min,退火温度为400°C。同时,基于局域表面等离子共振效应,尝试了在mos薄膜表面掺杂Ag粒子,研究了特定方法下Ag粒子对于mos薄膜光电性能的影响规律。基于上述研究,进一步制备了mos/MgZnO:Ga异质结型光电探测器,研究了氧锌镁层厚度对该器件的影响规律。最后,在已奠定的二硫化钼材料的认识基础上,尝试了基于单层二硫化钼的异质结器件的设计和其探测性能的测试。该器件结构为n-mos/p-GaN,可实现双波段探测,在1 V外加电压下,在325 nm和845 nm附近,响应度分别达到了431.1mA/W、530.7 mA/W。

关键词：光电探测器射频磁控溅射 mos2薄膜 Ag掺杂 GaN器件单层mos2

基于激光表面改性mos2薄膜光学性能调谐的研究

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基于激光表面改性MoS2薄膜光学性能调谐的研究

作者：金卫彬上海第二工业大学

学位级别：硕士

对二维材料的研究要追溯到十九世纪初期,它是由单层或少几层原子层组成的晶体材料。由于二维层状材料中普遍存在着稳定性较差的问题。因此近些年来,石墨烯由于优秀的光学、电学、电化学、传热等特性,获得了许多科学工作者的关注。石墨... 详细信息

对二维材料的研究要追溯到十九世纪初期,它是由单层或少几层原子层组成的晶体材料。由于二维层状材料中普遍存在着稳定性较差的问题。因此近些年来,石墨烯由于优秀的光学、电学、电化学、传热等特性,获得了许多科学工作者的关注。石墨烯的发现,掀起了原子级薄膜材料研究的热潮。同时,石墨烯的零带隙也大大地限制了它在光电方面的发展。因此,人们开始不断寻找能够代替石墨烯的二维材料,mos开始进入大家的视野。mos是典型的的n型半导体材料,因为比起零带隙的石墨烯,它有1.2 e V-1.8 e V的可调带隙,因此可用作半导体材料广泛用于场效应晶体管、光学限制器等光电子学元器件上。mos的带隙也使其在可见光波段具有较好的吸收,这也促进了其在新型光电器件领域的应用。但mos由于中存在大量缺陷,这也限制了其在光电领域的进一步发展。本文在优化mos薄膜制备工艺的基础上,研究了两种处理工艺对mos薄膜光学性能的影响机制,主要研究内容如下:1、在大气条件下采用激光剥离技术以及激光减薄技术制备得到不同厚度的系列mos薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、扫描电镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman spectrometer)和开孔Z扫描系统(Open aperture Z-scan optical circuit schematic)等表征手段进行分析。研究了样品的晶体质量、表面形貌、组成和光学特性。X射线衍射结果表明,mos薄膜样品具有高度的结晶结构,等离子体中的高能氧不仅与表面原子相互作用,而且还传播到各层的内部深处,导致mos中出现Mo O缺陷。线性吸收光谱表明,通过调整二硫化钼颗粒的尺寸,等离子体共振引起的光吸收响应可以从可见光区调整到紫外区,这导致了二硫化钼薄膜的光谱特征与其厚度有关。Z扫描结果表明,mos薄膜样品厚度的变化会影响材料的吸光系数,重塑纳米颗粒的形状,导致非线性光学性质的调制。2、探究退火温度对mos薄膜光学性能的影响。在大气条件下用激光剥离技术制备mos薄膜,研究了mos薄膜在不同温度条件下退火后的形貌结构及其光学性能。研究结果显示:退火温度的差异会对mos薄膜表面产生很大的影响,不同的退火温度会影响mos薄膜的XRD衍射峰位置。随着退火温度的升高,薄膜生长质量和吸光度均明显提高。光学表征方面显示,退火温度会提高薄膜的吸光度降低其透过率,并使其透射光谱波谷蓝移。拉曼光谱显示退火温度的提高带给薄膜里多晶生长更多的变化,这个变化主要指内部缺陷的产生和消除引起的mos薄膜性能的改变。通过分析不同退火温度对纳米mos薄膜光学特性的影响,得出纳米mos薄膜的最佳退火温度为850℃,这一研究推动了mos纳米电子器件的发展,也使得mos被广泛应用于光电子以及信息技术领域。

关键词： mos2薄膜激光剥离技术厚度退火温度光学特性

少层mos2薄膜的CVD法制备及其气敏性能研究

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少层MoS2薄膜的CVD法制备及其气敏性能研究

作者：刘云云郑州大学

学位级别：硕士

石墨因其优异的物理、化学及机械性能引起了国内外学者的广泛关注。mos是具有类石墨烯结构的新型二维材料,具有较高的比表面积,这增大了与气体分子的接触面积,使其在气体传感器领域具有很好的应用前景。但是目前基于mos的气敏器件中所... 详细信息

石墨因其优异的物理、化学及机械性能引起了国内外学者的广泛关注。mos是具有类石墨烯结构的新型二维材料,具有较高的比表面积,这增大了与气体分子的接触面积,使其在气体传感器领域具有很好的应用前景。但是目前基于mos的气敏器件中所采用的mos大都是采用机械或化学剥离法制备得到,所得mos薄膜面积小、层数不确定并且重复性差,也不利于气敏器件的大规模生产,同时mos的气敏性能出现饱和的现象,而且器件的响应和恢复时间长达数十分钟。针对以上问题,在本论文中我们采用化学气相沉积法(CVD法)制备大面积连续的mos薄膜,并研究其气敏性能,具体研究内容如下:1.深入探究mos薄膜制备过程中压强、S的质量、气体流速、生长时间和生长温度等条件对实验结果的影响,并通过光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman spectra)、原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段对产物进行表征。结果表明:压强主要影响了mos的形貌,S的质量直接控制着MoO3的硫化程度,而气体流速通过控制带入到反应氛围中的S的量间接影响着MoO3的硫化程度,生长温度主要影响mos的形核临界尺寸从而控制mos的形核点和尺寸大小,生长时间主要影响mos的尺寸大小。在压强为常压,S的质量>1g,气体流速为30sccm,生长温度为750℃,生长时间为20min时制备出了面积为mm×5mm的少层mos薄膜;另外我们在一步法最佳实验条件的基础上采用两步法制备了面积为10mm×15mm的少层mos薄膜。2.采用气敏分析测试系统对制备得到的mos薄膜的气敏性能进行测试,结果表明,在室温下mos对NO2气体的选择性最好,且对NO2气体的检测极限低至1ppm,相应的灵敏度高达2.6%,对20ppm的NO2气体的响应和恢复时间分别为320s和900s。3.为了进一步改善mos的气敏性能,在本论文中通过对mos薄膜复合贵金属Pt对mos薄膜进行结构改善,Pt修饰后的mos薄膜对NO2气体的选择性有所提高,且在检测极限1ppm的浓度下,其灵敏度由2.6%增加到3.46%,且对20ppm的NO2气体的响应时间将至210s,比原来缩短了110s。

关键词：化学气相沉积法形貌结构可控 mos2薄膜少层结构气敏性能

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射频磁控溅射法mos2薄膜制备研究

射频磁控溅射法MoS2薄膜制备研究

作者：陈威江苏大学

学位级别：硕士

磁控溅射法制备mos薄膜具有沉积速率高、成膜质量好等特点,尤其是成膜温度低,不影响基材的性能,所以很适用于金属表面改性。本文主要研究钢基上用射频磁控溅射法制备mos薄膜,同时研究了钢基上mos/SiC双层薄膜的制备及其性能。本文采用... 详细信息

磁控溅射法制备mos薄膜具有沉积速率高、成膜质量好等特点,尤其是成膜温度低,不影响基材的性能,所以很适用于金属表面改性。本文主要研究钢基上用射频磁控溅射法制备mos薄膜,同时研究了钢基上mos/SiC双层薄膜的制备及其性能。本文采用mos、SiC为靶材,在以GCr15为主的基材上制备了mos单膜与mos/SiC双层薄膜,通过扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、摩擦磨损以及划痕试验仪等手段系统研究了溅射工艺参数对薄膜形貌、结构和性能的影响。研究结果表明:采用射频磁控溅射法,在功率为200W、工作气压为3Pa、时间为2h的条件下获得的mos薄膜性能最佳。表面形貌分析显示,mos薄膜形貌与沉积过程中沉积原子从衬底表面获得的扩散能量有关;足够的扩散能量下薄膜按层状模式生长,扩散能量不足时薄膜按层岛复合模式生长。 mos薄膜表层XRD分析表明,退火对mos薄膜的结构影响不大,薄膜沉积时衬底加热对mos薄膜的结构影响明显,尤其是衬底加热500℃时mos薄膜结构变化显著。摩擦磨损试验结果显示,无论是单层mos薄膜还是双层mos/SiC薄膜都具有优良的减摩性能。基材摩擦系数约为0.9,沉积mos薄膜后摩擦系数骤减至0.11左右。结合力测试结果显示,双层膜的结合力约为21N。通过在mos膜层与SiC膜层间添加Ti中间层、SiC膜层与基体间添加Ni-P中间层,mos/SiC双层膜的结合力有了提高,约为26N。

关键词：磁控溅射 mos2薄膜 mos2/SiC双层膜摩擦系数结合力

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复合镀渗mos2薄膜的表征与摩擦学性能

复合镀渗MoS2薄膜的表征与摩擦学性能

离子束辅助沉积Ag-Ti-Cu/mos2复合薄膜组织及性能研究

2009年全国青年摩擦学学术会议

作者：朱丽娜王海斗徐滨士刘家浚装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室中国地质大学(北京)工程技术学院清华大学机械工程系

本文通过复合处理技术,即先采用磁控溅射在45钢表面制备了一层单质Mo膜,然后将其进行低温离子渗硫处理,最终得到复合mos薄膜。系统研究了复合材料的摩擦磨损性能,试验结果表明,复合mos薄膜与基体结合良好,具有优异的力学性能。该薄膜无... 详细信息

本文通过复合处理技术,即先采用磁控溅射在45钢表面制备了一层单质Mo膜,然后将其进行低温离子渗硫处理,最终得到复合mos薄膜。系统研究了复合材料的摩擦磨损性能,试验结果表明,复合mos薄膜与基体结合良好,具有优异的力学性能。该薄膜无论在干摩擦还是油润滑条件下都具有较好的减摩耐磨性能,明显优于未经固体润滑处理的原始45钢表面和直接渗硫的45钢表面。

关键词：固体润滑 mos2薄膜磁控溅射低温离子渗硫组织结构摩擦学性能

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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离子束辅助沉积Ag-Ti-Cu/MoS2复合薄膜组织及性能研究

作者：陈丹丹北京交通大学

学位级别：硕士

航天领域中许多关键摩擦副零部件长期工作于高真空、强辐照、原子氧腐蚀、热循环、微重力等恶劣环境下,同时,对减重又提出了非常苛刻的要求。利用先进薄膜制备技术,在上述摩擦副零部件表面制备高性能、强适应性、长寿命先进固体润滑膜... 详细信息

航天领域中许多关键摩擦副零部件长期工作于高真空、强辐照、原子氧腐蚀、热循环、微重力等恶劣环境下,同时,对减重又提出了非常苛刻的要求。利用先进薄膜制备技术,在上述摩擦副零部件表面制备高性能、强适应性、长寿命先进固体润滑膜无疑是解决上述棘手问题的最经济、最有效的方法。本文采用由高能离子束轰击源+磁控溅射源+低能离子束辅助源构成的离子束辅助沉积(Ion Beam Assisted Deposition,IBAD)系统制备了Ag/mos、Cu/mos、Ti/mos,以及Ag-Ti/mos系列mos基固体润滑复合薄膜。系统研究了Ag、Cu、Ti、Ag-Ti金属掺杂的作用机理及薄膜生长机制,丰富了mos基固体润滑薄膜研究体系。利用扫描电镜及三维光学轮廓仪观察分析了薄膜的表面形貌;利用扫描电镜、能谱仪、掠射角X射线衍射仪以及拉曼光谱仪分析了薄膜的显微组织结构;利用纳米压痕仪测试了薄膜的硬度及弹性模量;利用球-盘式摩擦磨损试验机测试了薄膜的摩擦磨损性能,利用扫描电镜以及白光干涉仪观察分析了磨痕形貌。对采用相同工艺参数,利用IBAD技术所制备的Ag/mos,Cu/mos和Ti/mos系列复合薄膜进行对比分析,发现金属与薄膜润湿性好,易按层状生长方式生长形成固溶体,表面粗糙度小;Ag、Cu与mos薄膜润湿性差,Ag好于Cu按先层状生长后岛状生长方式长大,Cu倾向于以岛状方式长大形成Cu-Cu富集区或包覆mos晶粒长大,表面粗糙度大。Ti掺杂增硬效果显著,Ag掺杂增韧效果显著,Cu掺杂表现出蠕变效应。薄膜/基材结合力测试分析结果表明,薄膜/基材强度顺序为Cu/mos>Ag/mos>Ti-Ag/mos>Ti/mos。摩擦性能Ti-Ag/mos>Ti-mos>Ag-mos>Cu/mos,摩擦系数范围0.04～0.12,在3 N-2000 r/min时均出现最小摩擦系数,在4 N-2000 r/min时比磨损率最低,耐磨损性优异。复合制备方法——高能离子束轰击源+磁控溅射源+低能离子束辅助沉积源技术及其所制备双元素共掺杂Ag-Ti/mos固体润滑薄膜具有较好的推广应用价值,该制备薄膜方法对于mos基多层梯度固体润滑涂层产品的开发具有现实的指导意义和长远的战略价值。

关键词： IBAD mos2薄膜金属元素掺杂固体润滑

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mos2/C60薄膜的制备及光电性质研究

MoS2/C60薄膜的制备及光电性质研究

作者：潘志伟北京工业大学

学位级别：硕士

作为二维材料,mos具有优异的光学、电学以及机械性能,而C是一种优秀的电子传输材料,基于两种材料的优异特性,将mos与C相结合。采用直流磁控溅射法获得前驱体Mo薄膜,然后采用化学气相沉积法对Mo薄膜进行硫化退火处理得到mos薄膜,再采用... 详细信息

作为二维材料,mos具有优异的光学、电学以及机械性能,而C是一种优秀的电子传输材料,基于两种材料的优异特性,将mos与C相结合。采用直流磁控溅射法获得前驱体Mo薄膜,然后采用化学气相沉积法对Mo薄膜进行硫化退火处理得到mos薄膜,再采用真空蒸镀法在mos薄膜上沉积C进而形成mos/C薄膜,并且采用真空蒸镀法制备电极得到mos场效应管与Au/mos/C/Al结构的异质结器件,主要进行了以下三个方面的研究:(1)制备了不同溅射功率条件下的前驱体Mo薄膜,通过台阶仪测得Mo薄膜厚度,进而通过厚度与时间的比值得到在14.4 W、9.6 W与4.8 W条件下薄膜沉积速率分别约为0.38?/s、0.24?/s与0.15?/s。制备了不同硫化退火温度、时间以及不同前驱体Mo薄膜条件下的mos薄膜,利用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、拉曼光谱仪、原子力显微镜对薄膜进行表征,结果表明:经过750℃硫化退火的mos晶型为2H型;mos薄膜在硫化退火60 min的情况下有良好的结晶性;mos薄膜的厚度可以通过控制Mo薄膜的厚度来控制。制备了mos场效应管,经测试mos场效应管表现出p型场效应管特性。(2)制备了mos/C薄膜,对薄膜的拉曼光谱及光吸收特性进行了测试和表征。研究结果表明:由于在mos/C薄膜之间范德华力的存在,相对于生长在Si/SiO衬底上,沉积在mos上的C薄膜拉曼特征峰发生红移;mos/C薄膜在可见光范围具有明显的光吸收特性。(3)制备了Au/mos/C/Al结构的异质结器件,异质结表现出良好的整流特性,整流比为215,理想因子为37.5,通过电子导电模型分析得出电子的传输机制包含热电子发射、空间电荷限制电流传导(SCLC),并且存在遂穿现象。

关键词： mos2薄膜 C60薄膜光学性质异质结导电模型

磁控溅射W-T-iN/mos_2薄膜及其摩擦学性能研究

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真空科学与技术学报 2012年第12期32卷 1061-1066页

作者：胡志立李长生莫超超唐华孙建荣杨峰郭志成李洪苹江苏大学机械工程学院江苏省摩擦学重点实验室镇江212013 江苏大学江苏省摩擦学重点实验室镇江212013 江苏大学材料科学与工程学院镇江212013

采用W靶、Ti靶及mos2靶,先制备W-T-iN薄膜,然后再在其上面沉积mos2纳米薄膜得到W-T-iN/mos2纳米双层薄膜,通过多次实验得到溅射W-T-iN/mos2薄膜的最佳工艺如下:溅射气压1.0 Pa,靶基距为100 mm,溅射功率为:W靶,Ti靶均为200W,mos2靶为150... 详细信息

采用W靶、Ti靶及mos2靶,先制备W-T-iN薄膜,然后再在其上面沉积mos2纳米薄膜得到W-T-iN/mos2纳米双层薄膜,通过多次实验得到溅射W-T-iN/mos2薄膜的最佳工艺如下:溅射气压1.0 Pa,靶基距为100 mm,溅射功率为:W靶,Ti靶均为200W,mos2靶为150 W;制备W-T-iN薄膜溅射时间为1 h,样品台加热600℃;制备mos2纳米层时间为0.5 h。使用X射线衍射仪,扫描电子显微镜对薄膜的成分和结构进行分析。采用纳米压痕测试系统测试薄膜的纳米硬度和弹性模量,采用VEECOWYKONT1100非接触光学表面轮廓仪测试薄膜的表面及磨痕粗糙度;UMT-3摩擦磨损试验机在大气、室温、无润滑条件下对薄膜摩擦磨损性能分析,结果表明:在大气环境中,W-T-iN/mos2薄膜摩擦性能要优于纯W-T-iN薄膜。

关键词： W-Ti-N mos2薄膜磁控溅射摩擦学性能

溅射沉积mos_2薄膜中掺杂Ti对其结构与性能的影响研究

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润滑与密封 2006年第11期31卷 24-27页

作者：周晖温庆平桑瑞鹏万志华刘洪柱薛德胜兰州大学磁学与磁性材料教育部重点实验室甘肃兰州730000 兰州物理研究所空间机械润滑中心甘肃兰州730000

采用非平衡磁控溅射沉积技术制备纯mos2和不同Ti掺杂量的mos2-Ti复合薄膜。用SEM和XRD对薄膜的形貌和结构进行分析,用纳米划痕仪测试薄膜与基底间的附着力,用球-盘摩擦试验机评价薄膜在大气和真空环境中的摩擦学性能。研究结果表明:在... 详细信息

采用非平衡磁控溅射沉积技术制备纯mos2和不同Ti掺杂量的mos2-Ti复合薄膜。用SEM和XRD对薄膜的形貌和结构进行分析,用纳米划痕仪测试薄膜与基底间的附着力,用球-盘摩擦试验机评价薄膜在大气和真空环境中的摩擦学性能。研究结果表明:在溅射沉积mos2薄膜过程中掺杂金属Ti,有效地阻断了mos2疏松、多孔柱状晶的优势生长,从而生成组织结构致密、无定形态的薄膜,提高了其与基底间的附着力。掺Ti复合薄膜在大气和真空环境中的摩擦学性能都得到显著改善,真空环境中10%Ti含量的薄膜耐磨寿命最长,是纯mos2膜的37倍,大气环境中20%Ti含量的薄膜耐磨寿命最长,是纯mos2膜的67倍。

关键词：非平衡磁控溅射 mos2薄膜掺杂Ti 结构和性能