本文關(guān)鍵詞：黑磷二維材料的制備及其光電特性表征

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【摘要】：類石墨烯二維材料因其獨特的微觀結(jié)構(gòu)和物理特性,在半導(dǎo)體電子學(xué)、能源材料以及催化等領(lǐng)域得到廣泛而深入的研究。在半導(dǎo)體光電子領(lǐng)域,電子遷移率極高的石墨烯和開關(guān)特性優(yōu)異的過渡金屬硫化物分別在高頻器件和低功耗器件中具備良好的應(yīng)用前景,但尋找一種能兼具兩者優(yōu)點的材料體系仍然是二維材料研究中的熱點。黑磷晶體是一種半導(dǎo)體性的范德華層狀材料,其電子結(jié)構(gòu)呈顯著的層數(shù)依賴關(guān)系,且具備良好的電輸運特性,因而能成為二維材料中繼石墨烯和過渡金屬硫化物之后重要補充；并且黑磷具備獨特的各向異性光電特性,在各向異性納米光電子器件中具備良好的應(yīng)用前景。本文以探究新型二維層狀材料黑磷的光電特性為目的,主要圍繞不同層厚黑磷晶體的制備及其表征開展研究。主要研究工作如下：本文研究了不同層厚黑磷晶體的制備與光電特性。通過機械剝離的方法制備了不同層厚的薄層黑磷晶體,并探索了合適的等離子體輔助刻蝕條件,提高薄層黑磷晶體的制備效率。通過原子力顯微鏡的佐證,我們系統(tǒng)研究了拉曼特征峰位和峰強度隨層數(shù)的變化關(guān)系；提取了不同層厚黑磷晶體的光學(xué)襯度譜,從而發(fā)展了快速無損的光學(xué)表征手段來判定薄層黑磷晶體的層數(shù)。研究常溫下薄層黑磷晶體的光致發(fā)光特性,確定了單雙層黑磷晶體分別位于1.65 eV和2.15 eV的熒光峰,佐證了黑磷晶體從紅外和可見光區(qū)的寬帶隙調(diào)控能力。我們研究了薄層黑磷晶體的各向異性光電特征。結(jié)合透射電鏡和角分辨拉曼光譜,將角度依賴的特征拉曼光譜與黑磷晶體取向關(guān)聯(lián),從而可以通過辨識拉曼峰強隨激光偏振方向與晶向的變化關(guān)系來判定黑磷的晶體取向。沿特定晶向上構(gòu)筑場效應(yīng)晶體管,研究比較不同晶向上黑磷的電輸運特性,確定了zigzag晶向為黑磷電子輸運能力最佳的方向。探索了薄層黑磷晶體透射電鏡樣品的潔凈轉(zhuǎn)移方法。通過對比堿溶液刻蝕轉(zhuǎn)移法、PMMA無水轉(zhuǎn)移法和PDMS干法直接轉(zhuǎn)移方法,我們提出了干法轉(zhuǎn)移結(jié)合可控的原位加熱退火的方法,能較好的得到表面潔凈的黑磷晶體區(qū)域,并較可控的原位逐層減薄黑磷二維材料,為黑磷的透射電子顯微鏡表征提供有效的方法途徑。
【關(guān)鍵詞】：類石墨烯二維材料 黑磷 制備與表征 層數(shù)依賴 拉曼光譜 光致發(fā)光 透射電鏡 各向異性
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O613.62
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 類石墨烯二維層狀材料10-13
• 1.2.1 石墨烯簡介10-11
• 1.2.2 類石墨烯過渡金屬硫化物11-13
• 1.3 新型二維材料黑磷13-20
• 1.3.1 引言13
• 1.3.2 黑磷的晶體結(jié)構(gòu)13
• 1.3.3 黑磷晶體早期研究13-14
• 1.3.4 黑磷晶體的電子結(jié)構(gòu)14-16
• 1.3.5 黑磷在光電子器件中的應(yīng)用16-17
• 1.3.6 黑磷的各向異性及其在器件中的應(yīng)用17-20
• 第二章 二維材料制備與表征技術(shù)20-32
• 2.1 二維材料的制備方法20-25
• 2.1.1 自上而下制備方法20-21
• 2.1.2 自下而上制備方法21-24
• 2.1.3 輔助制備方法24-25
• 2.2 二維材料的表征25-32
• 2.2.1 光學(xué)顯微鏡25-26
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡26-27
• 2.2.3 原子力顯微鏡27
• 2.2.4 透射電子顯微鏡27-29
• 2.2.5 拉曼光譜29-32
• 第三章 薄層黑磷的制備及其光譜特性32-44
• 3.1 前言32
• 3.2 實驗方法32-33
• 3.3 實驗結(jié)果與討論33-41
• 3.3.1 薄層黑磷的制備與層厚表征33-35
• 3.3.2 薄層黑磷的光致發(fā)光35-37
• 3.3.3 等離子體輔助刻蝕制備薄層黑磷37-41
• 3.4 本章小結(jié)41-44
• 第四章 黑磷晶體各向異性光電特性研究44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 實驗方法44-45
• 4.3 結(jié)果與討論45-53
• 4.3.1 黑磷的晶體取向判定45
• 4.3.2 角度依賴拉曼光譜45-49
• 4.3.3 各向異性電輸運研究49-53
• 4.4 本章小結(jié)53-56
• 第五章 薄層黑磷的潔凈轉(zhuǎn)移方法56-62
• 5.1 引言56
• 5.2 實驗方法與結(jié)果56-61
• 5.2.1 堿溶液刻蝕轉(zhuǎn)移法56-58
• 5.2.2 PMMA基底無水轉(zhuǎn)移方法58-59
• 5.2.3 干法轉(zhuǎn)移與原位退火方法59-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 第六章 總結(jié)62-64
• 參考文獻64-74
• 致謝74-76
• 個人簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果76

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本文編號：1055841