Fe掺杂单层MoS2的制备与光学特性研究

论文摘要

自石墨烯发现以来,二维材料引起越来越多的关注,石墨烯具有优越的光学、电学以及力学等特性,极大地丰富了譬如太阳能电池、生物传感器以及柔性显示屏等方面的应用。除石墨烯外,二维过渡族金属硫化物的发展与应用也开始受到广泛关注,其中以二硫化钼为代表的过渡族金属硫化物,当其层数由多层变为单层时,能带结构产生不同,由间接带隙转向直接带隙,是一种奇特的自旋耦合现象,使得二维过渡族金属硫化物在光电元器件、析氢催化材料以及自旋电子学器件方面展示了极大的应用潜力。过渡族金属硫化物可以弥补石墨烯在零带隙上的应用缺陷,对二维过渡族金属硫化物进行金属掺杂也可以扩充磁学、电子学等凝聚态物理方面的应用,但是目前对于金属掺杂过渡族金属硫化物的研究仅限于理论计算方面,关于其实验合成的报道很少,阻碍了进一步的实际应用。因此,本文以二硫化钼（MoS2）为代表,通过实验探究结果,得出Fe掺杂MoS2的制备法,并且对所得材料性能进行表征及研究,主要内容如下:1、通过调节实验参数,如实验气流量、反应温度以及反应时长,得到化学气相沉积（CVD）制备单层MoS2的最佳反应条件,为后续Fe掺杂MoS2的制备及性能探究奠定实验基础,并且使用光学显微镜、原子力显微镜以及拉曼特征峰谱图对单层MoS2进行初步表征。2、以制备单层MoS2的最佳反应条件为基础,以硫化铁（FeS2）为掺杂剂制备Fe掺杂单层MoS2,首次实现了Fe掺杂单层MoS2的化学实验制备,同样利用光学显微镜以及原子力显微镜对Fe掺杂单层MoS2进行初步表征,并且利用X射线光电子能谱图对样品元素进行分析,进一步验证Fe元素的掺入。3、最后利用拉曼光谱图以及光致发光谱图对Fe掺杂单层MoS2进行光学特性研究,其中通过不同温度下以Fe掺杂单层MoS2的拉曼峰位变化,探究Fe掺入后对其分子振动模式的影响,并且证实Fe的掺杂为晶格掺杂,此外Fe的掺入会提高单层MoS2的电子浓度,产生带电激子发光峰,并且实现了单层MoS2的带隙可调。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 过渡族金属硫化物研究现状及进展
•   1.3 硫化钼的研究现状及进展
•     1.3.1 硫化钼的结构和特性
•     1.3.2 硫化钼的制备和应用
•   1.4 金属掺杂过渡族金属硫化物的制备方法与研究现状
•     1.4.1 化学气相沉积法
•     1.4.2 化学气相传输法
•     1.4.3 离子液体法
•     1.4.4 固相法
•     1.4.5 机械剥离法
•   1.5 本论文的主要研究内容
• 第二章 实验材料、设备和表征方法
•   2.1 实验材料、设备
•     2.1.1 实验材料
•     2.1.2 实验设备
•   2.2 实验样品表征方法
•     2.2.1 光学显微镜表征
•     2.2.2 原子力显微镜表征
•     2.2.3 X射线光电子能谱表征
•     2.2.4 拉曼光谱表征
•     2.2.5 光致发光光谱表征
•   2.3 本章小结
• 2 的实验制备研究'>第三章 单层MoS₂的实验制备研究
• 2'>  3.1 化学气相沉积法制备单层MoS₂
•     3.1.1 衬底预处理
•     3.1.2 实验流程
• 2 的影响'>  3.2 探究不同生长条件对制备单层MoS₂的影响
• 2 的影响'>    3.2.1 气流量对制备单层MoS₂的影响
• 2 的影响'>    3.2.2 反应温度对制备单层MoS₂的影响
• 2 的影响'>    3.2.3 反应时长对制备单层MoS₂的影响
• 2 的样品表征'>  3.3 单层MoS₂的样品表征
• 2 的光学显微镜表征'>    3.3.1 单层MoS₂的光学显微镜表征
• 2 的原子力显微镜表征'>    3.3.2 单层MoS₂的原子力显微镜表征
• 2 的拉曼光谱表征'>    3.3.3 单层MoS₂的拉曼光谱表征
• 2 的光致发光光谱表征'>    3.3.4 单层MoS₂的光致发光光谱表征
•   3.4 本章小结
• 2 的实验制备及光学特性研究'>第四章 Fe掺杂单层MoS₂的实验制备及光学特性研究
• 2 的实验制备研究'>  4.1 Fe掺杂单层MoS₂的实验制备研究
• 2 的影响'>    4.1.1 探究掺杂物处理条件对Fe掺杂单层MoS₂的影响
• 2 的制备流程'>    4.1.2 Fe掺杂单层MoS₂的制备流程
• 2 的基础表征'>  4.2 Fe掺杂单层MoS₂的基础表征
• 2 的光学显微镜表征'>    4.2.1 Fe掺杂单层MoS₂的光学显微镜表征
• 2 的原子力显微镜表征'>    4.2.2 Fe掺杂单层MoS₂的原子力显微镜表征
• 2的X射线光电子能谱表征'>    4.2.3 Fe掺杂单层MoS₂的X射线光电子能谱表征
• 2 的光学特性研究'>  4.3 Fe掺杂单层MoS₂的光学特性研究
• 2 的变温拉曼光谱研究'>    4.3.1 Fe掺杂单层MoS₂的变温拉曼光谱研究
• 2 的变温光致发光光谱研究'>    4.3.2 Fe掺杂单层MoS₂的变温光致发光光谱研究
•   4.4 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
•   5.1 全文总结
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张梦婕

导师: 彭波

关键词: 单层硫化钼,铁掺杂,制备,光学性能

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学

单位: 电子科技大学

分类号: O43;O614.612

总页数: 61

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