掺硒二硫化钼的制备及其电学性能的研究

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1、中图分类号：TN386.1论文编号：153115309学科分类号：510.3030密级：天津理工大学研究生学位论文掺硒二硫化钼的制备及其电学性能的研究（申请工程硕士学位）专业学位类别：工程硕士工程领域：光学工程作者姓名：唐登轩指导教师：张楷亮教授2018年3月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeInvestigationonSynthesisandElectricalPropertiesofMoS2xSe2(1-x)Nanoshe

2、etsByDengxuanTangSupervisorProf.KailiangZhangMarch2018摘要随着传统硅基器件物理极限的来临，集成电路行业急需寻找到一种全新的半导体材料以突破这一困境。作为具有天然直接带隙的半导体化合物，二硫化钼因其出色的光电特性在众多的二维材料中脱颖而出。而调协其物性、优化其功能是将二硫化钼(MoS2)应用于电子器件领域的关键，为达此目的，对MoS2进行化学掺杂是一种行之有效的手段。本文采用化学气相沉积共生长的办法成功将硒元素以替位硫的方式掺杂进了二硫化钼当中。为了提高掺硒二硫化钼(MoS

3、2(1-x)Se2x)纳米片的成膜质量，文中围绕温度、源用量、载气流量等工艺参数对其生长机理的影响进行了详尽的研究。经工艺优化后制得的MoS2(1-x)Se2x纳米片，在光镜下呈现出正三角形或是正六边形状，平均边长尺寸为50μm左右，部分大尺寸的样品边长达到了百微米量级，原子力显微镜的形貌测试结果表明这些纳米片的厚度小于2nm，层数为1-2层。另外，通过控制反应源硒粉的用量，可以获得含硒量不同的样品。拉曼光谱的mapping模式显示，硒元素在单个MoS2(1-x)Se2x纳米片中的分布均匀。X射线光电子能谱、高分辨透射电镜等

4、表征设备的测试结果证明，本文中的MoS2(1-x)Se2x纳米片是一种硒浓度可控、高结晶度的单晶二维材料，样品中的硒原子以替位掺杂的方式存在。为了测试MoS2(1-x)Se2x纳米片的电学性能，本文利用它作为导电沟道制作了背栅场效应晶体管。半导体参数分析仪测试出的伏安特性显示，MoS2(1-x)Se2x器件具有晶体管基础的开断功能，其迁移率约为3.72cm2V-1s-1，开关比可达107。硒元素的引入可以对单层二硫化钼带隙宽度进行一定程度的调制，为后续MoS2(1-x)Se2x纳米薄片在微纳光电器件的应用提供了基础数据。关键

5、词：二硫化钼硒掺杂化学气相沉积场效应晶体管AbstractWiththeadventofthephysicallimitoftraditionalsilicon-baseddevices,theintegratedcircuitindustryurgentlyneedstofindanewsemiconductormaterialtogetridofthisproblem.Asasemiconductorcompoundwithnaturaldirectbandgap,molybdenumdisulfidestandsout

6、fromplentyoftwo-dimensionalmaterialsduetoitsexcellentphotoelectricproperties.ThekeytotheapplicationofMoS2inthefieldofelectronicdevicesistooptimizeitspropertiesandfunction.Forthispurpose,chemicaldopingofMoS2isaneffectivemeans.Inthispaper,atmospherepressurechemicalva

7、pordepositionwasusedtosynthesizeMoS2(1-x)Se2xnanosheetsandthegrowthmechanismwasinvestigatedindetail.Aftertuningdepositionparameterssuchasgrowthtemperature,sourcecontentandcarrierflow,theshapesofMoS2(1-x)Se2xnanosheetsaretriangularorhexagonalshapeundertheopticalmicr

8、oscopyandtheiraveragesizeis~50μm,themaximumsizeismorethan100μm.Atomicforcemicroscoperevealsthatthethicknessofthenanosheetsislessthan2nm,correspon