二維層狀材料的光學(xué)和光電性能調(diào)控.pdf

1、以石墨烯、二硫化鉬為代表的二維層狀材料由于其獨特的性質(zhì)和良好的應(yīng)用前景已經(jīng)引起了科學(xué)及工業(yè)界的廣泛關(guān)注。石墨烯優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和機械性質(zhì)使其在電子、光電子、柔性器件、傳感等多個領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。而以二硫化鉬為代表的二維過渡金屬硫?qū)倩衔锊粌H有著非常高的電學(xué)開關(guān)比，并且在可見光范圍內(nèi)也有著較強的吸收，是電子和光電器件的理想材料。研究發(fā)現(xiàn)，二維材料的性能受到層數(shù)、缺陷等因素的巨大影響。隨著層數(shù)的增加，二硫化鉬由直接帶隙變?yōu)殚g接帶隙

2、，發(fā)光效率逐漸降低;另外，無論是何種方法制備的二維材料中都不可避免的存在缺陷，且顯著影響材料的各種性質(zhì)。因此，二維材料中層數(shù)和缺陷的探測以及調(diào)控是非常關(guān)鍵的問題。本論文主要通過層數(shù)控制和缺陷工程來實現(xiàn)二維層狀材料光學(xué)和光電性能的調(diào)控。獲得的主要結(jié)論如下:
　　1.通過Ar等離子體轟擊實現(xiàn)了二硫化鉬、黑磷等二維層狀材料的逐層減薄，使得多層二硫化鉬從間接帶隙變?yōu)閱螌拥闹苯訋?。該方法沒有在二硫化鉬中引入多余的缺陷，且結(jié)合光刻等手段非常

3、適合于大范圍二維材料層數(shù)控制。
　　2.通過高溫退火或氧等離子體轟擊實現(xiàn)了二硫化鉬中缺陷的產(chǎn)生和缺陷位氧分子的化學(xué)吸附，使其熒光強度增加了數(shù)十倍。一方面氧分子的化學(xué)吸附對二硫化鉬造成了強P型摻雜，使二硫化鉬中的帶電激子(trion)轉(zhuǎn)化為中性激子(Exciton);另一方面當(dāng)氧分子代替硫空位與鉬成鍵時會形成局域化激子，降低非輻射復(fù)合的幾率，從而引起熒光強度的大幅增強。
　　3.利用氧等離子體處理實現(xiàn)了二硫化鉬樣品中缺陷的修復(fù)

4、。通過低溫?zé)晒夤庾V分析了二硫化鉬中的缺陷濃度，并發(fā)現(xiàn)缺陷的存在嚴(yán)重限制了二硫化鉬樣品的載流子遷移率。隨后，通過氧等離子體處理對二硫化鉬中缺陷進行了修復(fù)，從而有效提升其載流子遷移率。
　　4.利用拉曼光譜分析石墨烯中的缺陷種類和含量，并通過缺陷來調(diào)控石墨烯的性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)在空氣中對石墨烯進行熱處理時會在其中引入缺陷，而缺陷形成的速度與濃度主要受退火溫度、石墨烯層數(shù)和石墨烯晶粒尺寸影響。通過不同的等離子體處理在石墨烯中引入不同濃度和類型的