單層硒化鍺是一種新型的二維材料,是一種具有寬波段光致發(fā)光光譜和復(fù)雜的能帶結(jié)構(gòu)以及優(yōu)良的光電特性優(yōu)的直接帶隙半導(dǎo)體材料,在光電領(lǐng)域發(fā)展中擁有很好的應(yīng)用前景。目前仍然缺乏關(guān)于少層到單層硒化鍺的實(shí)驗(yàn)研究,主要的科學(xué)挑戰(zhàn)是發(fā)展控制制備單層薄膜的技術(shù)。在本論文中,我們運(yùn)用機(jī)械剝離和激光減薄技術(shù)相結(jié)合的方法在SiO2/Si襯底上制備出了單層硒化鍺材料。開展了對單層硒化鍺材料的形貌、拉曼光譜以及熒光光譜的性能表征的工作。原子力顯微鏡數(shù)據(jù)表明,減薄樣品的激光功率密度為9.6×104W/cm2時(shí),硒化鍺樣品的平均厚度減薄到1.5nm,接近單層硒化鍺的理論計(jì)算值。通過拉曼光譜表征發(fā)現(xiàn),硒化鍺層厚的變化導(dǎo)致了拉曼峰強(qiáng)度的變化以及拉曼模式峰位的變化。使用熒光光譜儀探測到單層硒化鍺分別在波長為589nm、655nm、737nm、830nm、1034nm、1178nm、1314nm和1456nm處出現(xiàn)8個(gè)連續(xù)熒光光譜峰。結(jié)合第一性原理計(jì)算,對實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的多個(gè)光致發(fā)光光譜峰進(jìn)行了能帶結(jié)構(gòu)解釋,其中部分光譜峰與理論計(jì)算得出的帶隙值基本符合一致。我們使用了基于密度函數(shù)理論的第一原理對多層到單層的硒化鍺能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算說... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２單層、雙層、六層和塊體ＭｏＳ２樣品的光致發(fā)光光譜和拉曼光譜［６５］

光致發(fā)光強(qiáng)度隨材料層厚的增加而増強(qiáng)。單層材料的熒光光譜最強(qiáng)，但是在塊狀材料中??沒有熒光光譜。原因是因?yàn)椋桐枺樱搽S著層厚的減少，由間接帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋栋雽?dǎo)體，??如圖１．２所示，實(shí)驗(yàn)報(bào)道了不同層厚和塊體ＭｏＳａ的光致發(fā)光光譜。在塊材料Ｍ〇Ｓ２中，??沒有光致發(fā)光產(chǎn)生，而對于少層和單層Ｍ〇Ｓ２，其光致發(fā)光強(qiáng)度表現(xiàn)出了與層厚的依賴??性。此外，Ｍ〇Ｓ２的拉曼光譜表明，聲子結(jié)構(gòu)除了受載流子濃度和溫度影響之外，也與材??料的層厚和應(yīng)變相關(guān)。最近的研究表明單層過渡金屬硫化物中的光學(xué)躍遷是通過激子而??不是直接帶間躍遷來控制的。例如，單層和雙層ＭｏＳ２的光吸收光譜都有兩個(gè)不同的峰，??單層Ｍ〇Ｓ２的激子結(jié)合能很高（０．５？０．９ｅＶ），少層的激子結(jié)合能很低（〇．４ｅＶ）。??１．２．?２過渡金屬硫族化合物的應(yīng)用??Ｓｉ〇２?㈨??Ｓ。—ｒ＂＂＂＊??編—：：；；．，；二一’??：：．．．．．．．．．．．＾．．．．．．．．．．．．．：??－４?－２３?２?４??（ｃ）?〇．?丁〇＿?丨扣＾???｛Ｃ｝?Ｄ＿?＼?／?Ｓｏｕｒｃｅ??＇、、?Ｍ?ｙ?？?？?？？？？？？??ｈｔ〇２?．－？．，?．’Ａ?？?＇一，＜：？？？??…遲廠．Ｔ：／??■．?—

硒化鍺晶體是周期表第ＩＶ，?ＶＩ族化合物半導(dǎo)體，屬于正交晶系離子性晶體。關(guān)于??單層硒化鍺的結(jié)構(gòu)，通過密度泛函理論（ＤＦＴ）的計(jì)算發(fā)現(xiàn)除了我們最常見的層狀ａ硒化??鍺之外，還存在著ｐ硒化鍺、化鍺、Ｓ硒化鍺和ｓ硒化鍺四種結(jié)構(gòu)，如圖１．４所示，??每一種原子共價(jià)鍵化學(xué)鍵合到其他原子種類的三個(gè)相鄰原子上。硒化鍺的這五種多態(tài)結(jié)??構(gòu)展現(xiàn)出了多種的能帶帶隙，這對于寬帶光電子和光子的應(yīng)用有著非常重要的作用。ｏｔ??硒化鍺、Ｙ硒化鍺、Ｓ硒化鍺和ｓ曬化鍺的脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)為各向異性的，而ｐ硒化鍺為各向??同性結(jié)構(gòu)［５１＼?ａ砸化鍺是在這五個(gè)晶型中最有能量的形式。在我們的實(shí)驗(yàn)中，主要是對??ｃｃ硒化鍺性能的研究，類似于黑磷的ａ硒化鍺的平衡構(gòu)型是一種卷狀結(jié)構(gòu)，沿著ｙ軸形??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?（ｄ）?（ｅ）??ｃｔ－ＧｓＳｅ?，?ｐ?－?Ｇ？Ｓ？?ｙ－ＧｅＳ？?５?－ＧｅＳｅ?ｅ－ＧｅＳｅ??…氣ＶＩＡ、??…．．．．．??ＷＷＷ％嘗??——＞??ｘ??圖１．４（ａ）ａ硒化鍺，（ｂ）ｐ砸化鍺，（ｃ）Ｙ硒化鍺，（ｄ）Ｓ硒化鍺，和（ｅ）ｓ硒化鍺單層的優(yōu)化后的幾何??結(jié)構(gòu)，頂部俯瞅圖（上）和側(cè)面視圖（下）視圖。用綠色的球代替Ｇｅ原子，用黃色的球代替Ｓｅ原??子

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]單層硒化鍺多形體的結(jié)構(gòu)特性和電子性質(zhì)（英文）[J]. 張勝利,劉尚果,黃世萍,蔡波,謝美秋,渠莉華,鄒友生,胡自玉,余學(xué)超,曾海波.  Science China Materials. 2015(12)
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本文編號(hào)：3378938