基于激光表面改性MoS2薄膜光学性能调谐的研究

来源 :上海第二工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fenglilong_liumang
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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,MoS2开始进入大家的视野。MoS2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。MoS2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MoS2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MoS2薄膜制备工艺的基础上,研究了两种处理工艺对MoS2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MoS2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,MoS2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MoS2中出现Mo O3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,MoS2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MoS2薄膜光学性能的影响。在大气条件下用激光剥离技术制备MoS2薄膜,研究了MoS2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MoS2薄膜表面产生很大的影响,不同的退火温度会影响MoS2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MoS2薄膜性能的改变。通过分析不同退火温度对纳米MoS2薄膜光学特性的影响,得出纳米MoS2薄膜的最佳退火温度为850℃,这一研究推动了MoS2纳米电子器件的发展,也使得MoS2被广泛应用于光电子以及信息技术领域。
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