二维MoS2的CVD法制备及其性能研究

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1、硕士学位论文二维MoS2的CVD法制备及其性能研究作者姓名王磊学科专业材料物理与化学指导教师季小红教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年5月Studyonthesynthesisandpropertiesof2D-MoS2grownbyCVDADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangLeiSupervisor：Prof.JiXiaohongSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TB383学校代号：10561学号：201520114059华南

2、理工大学硕士学位论文二维MoS2的CVD法制备及其性能研究作者姓名：王磊指导教师姓名、职称：季小红教授申请学位级别：硕士学科专业名称：材料物理与化学研究方向：半导体材料论文提交日期：2018年5月9日论文答辩日期：2018年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：王歆季小红陈志武张辉符小艺主席：王歆委员：季小红陈志武张辉符小艺摘要二维MoS2有着独特的光学、电学性能，可以应用于晶体管、光催化、光电探测和太阳能电池等领域。不同于零带隙的石墨烯，单层MoS2带隙值为~1.9eV，并且为直接带隙。随着层数的增加，MoS2由直接带隙转变为间接带隙。二维MoS2可

3、以通过多种方法获得，例如剥离法、化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）等。CVD法制备的薄膜质量高、厚度均匀，是目前广泛使用的制备方法之一。本论文采用CVD方法制备MoS2，利用Raman、光致发光（PL）谱、原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）等测试手段研究了各实验参数对MoS2薄膜形貌和性能的影响及薄膜生长机理，初步探讨了基于MoS2的复合材料的应用。在Ar和S混合气氛条件下对MoS2退火处理，MoS2薄膜的结构和性能均发生了明显的变化。主要内容如下：（1）在材料合成方面，对比研究了两种Mo源（MoO3粉体和Mo薄膜）对MoS2的结构和性能的影响。研究发现：以M

4、oO3为源适合制备连续薄膜，而以Mo为源则可以制备零散的MoS2片。MoS2薄膜片中底部单层膜与其上多层膜“形状一致”现象可以归因于薄膜的活性边界演变的结果。此外，通过制造富Mo和贫Mo气氛，分别获得金字塔、盾牌、花状MoS2和多层堆叠的MoS2。并且，富Mo气氛下形貌的变化与薄膜的垂直生长有关。（2）在热处理方面，研究了在S和Ar混合气氛下热处理对单层MoS2薄膜结构和性能的影响。高温热处理会使得薄膜产生大量三角孔洞和裂纹，裂纹的出现是由于三角并联。热处理后，其PL强度的增强是由于裂纹和孔洞引起的应力释放和P型掺杂。根据第一性原理的计算结果，三角孔洞更加倾向于以Mo-zz为边。（3）

5、在应用方面，初步探讨了基于MoS2复合材料的电学和光电性能。在低偏压下，复合材料表现为欧姆导电机制，较高偏压下则为空间电荷限制电流（SCLC）机制。并且，在较高偏压下复合材料出现电滞和电致发光现象，这与其SCLC导电机制有关。关键词：MoS2；CVD；热处理；SCLCAbstractTwo-dimensionalMoS2hasexcellentopticalandelectricalproperties,andshowspotentialapplicationinthefieldsoftransistor,photocatalysis,photoelectricdetection,sol

6、arcells,andsoon.Inparticular,differentfromgraphene,whichhasazerobandgap,monolayerMoS2hasadirectbandgapof~1.9eV.TheelectronicbandgapofMoS2convertsfromdirecttoindirectasitsthicknessincreases.Variousmethodshavebeenutilizedforfabricationoftwo-dimensionalMoS2,suchasexfoliation,chmicalvapordepositon(C

7、VD)andphysicalvapordeposition(PVD).CVDhasbeenwellrecognizedasoneofthepreferredmethodstoprepareMoS2,becausethefilmgrownbyCVDexhibitshighcrystalqualityanduniformthickness.Inthisthesis,MoS2werefabricatedbyCVD.Theeffectsofexperi