PDF《微纳米光电器件用单层 MoS》

a nT e c h n o l o g i c a lU n i v e r s i t y V o l .

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1 8 收稿日期:

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1 5 基金资助: 国家自然科学基金(

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5 1 ) 第一作者简介: 坚佳莹(

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8 9-) , 女, 西安工业大学助教, 主要研究方向为纳米电子器件. E ? m a i l : j i a n. j i a y i n g @ f o x m a i l . c o m. 通信作者: 常洪龙(

1 9

7 7-) , 男, 西北工业大学教授, 主要研究方向为微机电系统技术及应用. E ? m a i l : c h a n g h l @n w p u . e d u . c n . t h es i n g l e ? l a y e rM o S 2i n c r e a s e sw i t ht h e i n c r e a s e i nh o l d i n gt i m ea n da r g o nf l o wr a t e . Wh e nt h eh o l d i n g t i m e i s3 0m i na n dt h ea r g o nf l o wr a t e i s7 0s c c m, t h es i z eo f t h ed e p o s i t e dt r i a n g l es i n g l e ? l a y e rM o S 2i s u pt o9 0μ m. :singlelayerM o S 2;

c h e m i c a l v a p o rd e p o s i t i o n;

n a n o ? p h o t o e l e c t r i cd e v i c e s ;

R a m a ns p e c t r u m 自2

0 0 4年石墨烯被英国曼彻斯特大学物理学 家Geims和 N o v o s e l o首次发现以来, 石墨烯在电 学、 光学、 热学和力学等方面均已展现出十分优异 的性能[

1 ? 2] . 但石墨烯是一种没有能带间隙的半导 体, 限制了其在光电器件上的发展. 与石墨烯不同, M o S

2 体材料和多层、 单层材料均具有 能带 间隙, 因而 M o S

2 的导电能力可以被开启和关闭[

3 ? 5] . 不 仅如此, M o S

2 能够发光, 具有显著的光学性能[

6 ] , 所以其不仅可以用于制作微电子器件, 还可以用于 发光二极管等光电子学器件[

7 ] . M o S

2 体材料是间接带隙半导体材料, 其禁带 宽度为1.

2 9e V, 而单层 M o S

2 则是直接带隙半导 体材料, 禁带宽度为1. 8e V [

8 ] . 因此单层 M o S

2 具 有更优越的电性能. M o S

2 属于六方晶系层状晶体 结构, 单层的 M o S

2 是由三层原子层组成, 其中上 下两层为硫原子组成的六角平面, 中间的金属钼原 子层将两层硫原子层隔开. 单层 M o S

2 的常用制备 方法有: 微机械剥离法、 化学气相沉积法、 锂离子插 层法和液相超声法等. 文献[ 9] 采用微机械剥离法 制备出了单层的 M o S 2, 这种方 法简便 快捷, 剥离的产物大多是具有高载流子迁移率的单层 M o S 2. 但剥离层数是随机的, 不好控制, 同时产量较低, 耗 时长, 重复性差, 故工业化生产难度很大. 文献[

1 0 ] 通过控制不同煅烧温度采用锂熔融盐可准确获得 不同相的 M o S

2 前驱体. 经过锂盐水解, 前驱体可 快速地剥离成单层2 H ? 或者1 T ? 相MoS2. 液相超 声剥离方法对水和空气不敏感, 适合批量生产, 并 易于将获得的片层 组装成膜, 具 有简 单普 适的 特点. 但是剥离的程度比较难控制, 剥离后纳米片溶 液浓度较小, 超声 的功率对纳 米片 的形成 影响 很大. 文献[

1 1 ] 采用电化学锂电池装置来控制锂离子 的插入和剥离过程, 从而得到了高质量的单层MoS2. 锂离子 插层 剥离法的优点是尺 寸大, 质量高, 但操 作过程复杂, 对设备要求较高, 剥离效率低. 化学 气相沉积法(ChemicalV a p o r D e p o s i t i o n , C V D) 利用硫蒸气与钼源发生化学反应生成 M o S 2. 利用该方法制备出的单层 M o S

2 具有优异 的光电性能, 可应用 在基于二 维材料的 新型谐振 器、 晶体管等器件中[