SnS薄片的各向異性拉曼光譜和SnS-SnS2異質結的光電特性.pdf

1、近年來，Ⅳ-Ⅵ族二維材料（Ⅳ族:Sn、Ge，Ⅳ族:S、Se、Te）作為繼過渡金屬硫屬化合物(TMD)之后二維家庭的新成員，具有結構多樣、吸光能力強、光電特性優(yōu)異、地球儲量豐富、無毒環(huán)保等優(yōu)點，受到科研人員越來越多的關注。這類材料中，最具代表性的是SnS和SnS2。SnS為p-型二維半導體，結構屬于正交晶系，其光吸收系數(shù)大(～105cm-1)，空穴遷移率高(～100cm2V-1s-1)，具有很強的各向異性電學、光學和熱電性質;SnS2為n

2、-型二維半導體，結構屬于六方晶系，其遷移率可達～230cm2V1s-1，同時具有優(yōu)異的光電探測性能。雖然針對SnS和SnS2的研究工作已經不少，但是高質量少層SnS和SnS2材料的可控制備方法依然缺乏，SnS薄片各向異性的研究仍不系統(tǒng)，其厚度依賴關系仍不明確;更重要的是，雖然SnS和SnS2分別為p和n型半導體，但由于屬于不同的晶格結構，直接生長制備基于SnS和SnS2組成的異質結仍是一個很大的挑戰(zhàn)。在此背景下，本論文針對SnS和SnS

3、2的生長制備、SnS的各向異性拉曼光譜、SnS2/SnS異質結的制備及其光電性質，開展了較為系統(tǒng)的研究，主要內容概述如下:
　　在第一章中，我們首先介紹了Ⅳ-Ⅵ族二維材料的概況和發(fā)展過程。隨后，我們對SnS的各向異性電學和Raman性質進行了系統(tǒng)的介紹，并且對SnS和SnS2的結構性質、制備方法和器件應用等進行了闡述。最后，我們簡述了本論文的研究的動機和內容。
　　在第二章中，我們系統(tǒng)研究了SnS薄片各向異性拉曼光譜隨厚度的

4、變化。我們采用物理氣相沉積的方法，成功制備了不同厚度的SnS薄片，并結合AFM和TEM表征，證實了SnS的單晶結構和良好的表面形貌。在此基礎上我們通過角度分辨的Raman光譜，研究了SnS的各向異性和厚度依賴的拉曼光譜性質。結果發(fā)現(xiàn):B3g和Ag模式都存在各向異性，但是展現(xiàn)完全不同的各向異性厚度依賴關系。具體地，B3g模式的各向異性不隨厚度發(fā)生變化，而Ag(192.0cm-1)模式卻有顯著的厚度依賴特性。在514nm激發(fā)下和平行配置時，

5、隨著厚度的減小，Ag峰的強度最大值從armchair方向變換到zigzag方向，這一結果可以用SnS吸收導致的復數(shù)Raman張量元來解釋;在垂直配置時，Ag峰的強度沿著45°(225°)和135°(315°)方向呈現(xiàn)出不同的大小。
　　在第三章中，我們采用SnS和S作為前驅物，利用二者蒸汽濃度的相對大小實現(xiàn)SnS和SnS2生長的切換，成功用一步CVD方法生長出了SnS2/SnS異質結。Raman、AFM、TEM表征都表明，異質結是

6、由塔狀的SnS2（六方晶系）生長在菱形的SnS（正交晶系）表面形成，我們提出了一種可能的生長機理并對其進行分析討論?；谏L出來的高質量SnS2/SnS異質結，經過三步的電子束光刻(EBL)和濺射鍍膜的工藝，我們成功制備了異質結電極器件，經過測試研究發(fā)現(xiàn)SnS2/SnS異質結呈現(xiàn)優(yōu)異的光電響應性能:光響應度可達27.7A/W，并實現(xiàn)了2.2×103的開關比和2.1×1010Jones的比探測率。
　　在第四章中，我們通過不同的條件

7、來調控硫錫化合物的CVD生長。我們設計了襯底高溫和預先制備成核點的策略，成功制備出尺寸超過150μm的SnS2薄片;發(fā)展了一種制備SnS2薄片光電探測器件的方法，器件比探測率可以達到2.0×1010Jones。我們借助提高襯底溫度和滴加CuPC輔助成核，實現(xiàn)了高結晶質量的p型Sn2S3納米線的可控制備。此外，我們還通過在SnS生長過程中升高襯底溫度和通入H2兩種策略，實現(xiàn)了SnS在紅外波段的發(fā)光。經過表征，我們發(fā)現(xiàn)SnS熒光性質的改變與