论文部分内容阅读
MoS2是能够剥离为二维单层单元的层状半导体材料，与石墨烯类似，由层内强的共价键以及层与层之间的范德瓦尔兹力结合而成，结构稳定，机械性能良好，表面没有悬挂键，至今在润滑剂、催化、能量存储、复合材料等领域应用广泛，最近研究表明MoS2具有可以调控的带隙，即当MoS2体材料被机械剥离成为单层时，能带将由间接带隙(1.29 eV)转变为直接带隙(1.9 eV)，这种独特的性质极大的拓展了其在场效应晶体管、传感器及光电子器件领域的应用。因此基于 MoS2新型器件的应用研究便非常依赖材料微纳加工技术的发展。与此同时，飞秒激光以其与比传统激光相比优异的性能，也成为了一项新近发展的加工技术。 本文基于飞秒激光（800 nm,120 fs,1 kHz）诱导单晶硅表面周期性结构的研究，采用飞秒激光直写加工技术和扫描电镜（SEM）分析仪，详尽的研究了新型半导体功能层状材料 MoS2表面的微结构形貌。实验结果显示，在低能流与高能流条件下，分别获得整齐均匀且连续性好的深亚波长条纹（DSRs）和近亚波长条纹(NSRs)，且两种条纹的多脉冲激光能流阈值分别为1.61 kJ/m2和1.95 kJ/m2。之后，进一步研究了两种周期性条纹对激光脉冲数的依赖性，发现MoS2表面周期条纹不随脉冲数变化，与J?rn Bonse等人在单晶硅表面的研究结论相违背，我们将此种特殊性结果归因于 MoS2的层状结构易剥离性质与其材料自身易升华的特性抑制了飞秒激光诱导 MoS2过程中超快热融化造成的条纹抹平的结果。改变入射飞秒激光波长至400 nm，仍然得出类似结果。 运用近场显微拉曼技术，探究了激光诱导MoS2前后表面的晶格结构变化，谱线结果显示，飞秒激光直写 MoS2表面后，深亚波长条纹区域与近亚波长条纹区域没有出现非晶、多晶或纳米晶，材料也没有被氧化的迹象，暗示了飞秒激光对 MoS2表面剩余结构的损伤，几乎都集中在层间结构而没有对层内进行破坏。我们的研究证实了飞秒激光亚波长微纳刻蚀二硫化钼技术的可行性，同时为进一步探究飞秒与二维材料相互作用的物理机制提供了参考。