飛秒激光微構(gòu)造MoS2表面微結(jié)構(gòu)及機(jī)制的探究.pdf

1、MoS2是能夠剝離為二維單層單元的層狀半導(dǎo)體材料，與石墨烯類似，由層內(nèi)強(qiáng)的共價(jià)鍵以及層與層之間的范德瓦爾茲力結(jié)合而成，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，機(jī)械性能良好，表面沒有懸掛鍵，至今在潤(rùn)滑劑、催化、能量存儲(chǔ)、復(fù)合材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，最近研究表明MoS2具有可以調(diào)控的帶隙，即當(dāng)MoS2體材料被機(jī)械剝離成為單層時(shí)，能帶將由間接帶隙(1.29 eV)轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋?1.9 eV)，這種獨(dú)特的性質(zhì)極大的拓展了其在場(chǎng)效應(yīng)晶體管、傳感器及光電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用。因此基于

2、 MoS2新型器件的應(yīng)用研究便非常依賴材料微納加工技術(shù)的發(fā)展。與此同時(shí)，飛秒激光以其與比傳統(tǒng)激光相比優(yōu)異的性能，也成為了一項(xiàng)新近發(fā)展的加工技術(shù)。
　　本文基于飛秒激光（800 nm,120 fs,1 kHz）誘導(dǎo)單晶硅表面周期性結(jié)構(gòu)的研究，采用飛秒激光直寫加工技術(shù)和掃描電鏡（SEM）分析儀，詳盡的研究了新型半導(dǎo)體功能層狀材料 MoS2表面的微結(jié)構(gòu)形貌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在低能流與高能流條件下，分別獲得整齊均勻且連續(xù)性好的深亞波長(zhǎng)條紋（

3、DSRs）和近亞波長(zhǎng)條紋(NSRs)，且兩種條紋的多脈沖激光能流閾值分別為1.61 kJ/m2和1.95 kJ/m2。之后，進(jìn)一步研究了兩種周期性條紋對(duì)激光脈沖數(shù)的依賴性，發(fā)現(xiàn)MoS2表面周期條紋不隨脈沖數(shù)變化，與J?rn Bonse等人在單晶硅表面的研究結(jié)論相違背，我們將此種特殊性結(jié)果歸因于 MoS2的層狀結(jié)構(gòu)易剝離性質(zhì)與其材料自身易升華的特性抑制了飛秒激光誘導(dǎo) MoS2過程中超快熱融化造成的條紋抹平的結(jié)果。改變?nèi)肷滹w秒激光波長(zhǎng)至40

4、0 nm，仍然得出類似結(jié)果。
　　運(yùn)用近場(chǎng)顯微拉曼技術(shù)，探究了激光誘導(dǎo)MoS2前后表面的晶格結(jié)構(gòu)變化，譜線結(jié)果顯示，飛秒激光直寫 MoS2表面后，深亞波長(zhǎng)條紋區(qū)域與近亞波長(zhǎng)條紋區(qū)域沒有出現(xiàn)非晶、多晶或納米晶，材料也沒有被氧化的跡象，暗示了飛秒激光對(duì) MoS2表面剩余結(jié)構(gòu)的損傷，幾乎都集中在層間結(jié)構(gòu)而沒有對(duì)層內(nèi)進(jìn)行破壞。我們的研究證實(shí)了飛秒激光亞波長(zhǎng)微納刻蝕二硫化鉬技術(shù)的可行性，同時(shí)為進(jìn)一步探究飛秒與二維材料相互作用的物理機(jī)制提供了