二維層狀材料的光學和光電性能調控.pdf

1、以石墨烯、二硫化鉬為代表的二維層狀材料由于其獨特的性質和良好的應用前景已經引起了科學及工業(yè)界的廣泛關注。石墨烯優(yōu)異的電學、光學、熱學和機械性質使其在電子、光電子、柔性器件、傳感等多個領域有重要的應用前景。而以二硫化鉬為代表的二維過渡金屬硫屬化合物不僅有著非常高的電學開關比，并且在可見光范圍內也有著較強的吸收，是電子和光電器件的理想材料。研究發(fā)現(xiàn)，二維材料的性能受到層數、缺陷等因素的巨大影響。隨著層數的增加，二硫化鉬由直接帶隙變?yōu)殚g接帶隙

2、，發(fā)光效率逐漸降低;另外，無論是何種方法制備的二維材料中都不可避免的存在缺陷，且顯著影響材料的各種性質。因此，二維材料中層數和缺陷的探測以及調控是非常關鍵的問題。本論文主要通過層數控制和缺陷工程來實現(xiàn)二維層狀材料光學和光電性能的調控。獲得的主要結論如下:
　　1.通過Ar等離子體轟擊實現(xiàn)了二硫化鉬、黑磷等二維層狀材料的逐層減薄，使得多層二硫化鉬從間接帶隙變?yōu)閱螌拥闹苯訋?。該方法沒有在二硫化鉬中引入多余的缺陷，且結合光刻等手段非常

3、適合于大范圍二維材料層數控制。
　　2.通過高溫退火或氧等離子體轟擊實現(xiàn)了二硫化鉬中缺陷的產生和缺陷位氧分子的化學吸附，使其熒光強度增加了數十倍。一方面氧分子的化學吸附對二硫化鉬造成了強P型摻雜，使二硫化鉬中的帶電激子(trion)轉化為中性激子(Exciton);另一方面當氧分子代替硫空位與鉬成鍵時會形成局域化激子，降低非輻射復合的幾率，從而引起熒光強度的大幅增強。
　　3.利用氧等離子體處理實現(xiàn)了二硫化鉬樣品中缺陷的修復

4、。通過低溫熒光光譜分析了二硫化鉬中的缺陷濃度，并發(fā)現(xiàn)缺陷的存在嚴重限制了二硫化鉬樣品的載流子遷移率。隨后，通過氧等離子體處理對二硫化鉬中缺陷進行了修復，從而有效提升其載流子遷移率。
　　4.利用拉曼光譜分析石墨烯中的缺陷種類和含量，并通過缺陷來調控石墨烯的性質。發(fā)現(xiàn)在空氣中對石墨烯進行熱處理時會在其中引入缺陷，而缺陷形成的速度與濃度主要受退火溫度、石墨烯層數和石墨烯晶粒尺寸影響。通過不同的等離子體處理在石墨烯中引入不同濃度和類型的