介电环境对薄层二硫化钼光学性质的影响

摘要

层状过度金属二硫化物由于其在薄层情况下展现出的杰出性能，使其受到越来越多的关注。二硫化钼是一种典型的过度金属二硫化物，单层二硫化钼有较高的载流子迁移率，并且是直接带隙半导体，这使其在光电领域能够弥补石墨烯的不足。有关单层二硫化钼光致发光的研究发现，悬空的单层二硫化钼比二氧化硅基底上的单层二硫化钼的光致发光量子产率高，这说明单层二硫化钼晶体的光学性质易受外界条件影响而改变。因此，研究介电环境对单-多层二硫化钼光学性质的影响，对于材料的实际应用具有重要意义。
　　本文研究了二氧化硅、氮化硅和蓝宝石三种衬底对1~4层及体块二硫化钼的拉曼光谱以及光致发光光谱的影响。研究发现在三种衬底上，薄层二硫化钼的A1g和E12g拉曼特征峰频移差随着样品层数增加而单调递增。这说明在三种衬底上，拉曼光谱都可作为判断层数的有力工具。氮化硅和蓝宝石衬底对薄层二硫化钼引入p型掺杂，从而引起A1g峰发生比较明显的蓝移。在二氧化硅和氮化硅衬底上，2LA(M)峰的峰位都随样品层数降低而单调递减，我们将其归因于A2u峰的红移和D峰强度的增加。其次，在三种衬底上，随着样品层数降低，薄层二硫化钼的PL强度逐渐增强。这是由于直接带隙半导体中声子辅助的载流子带内弛豫率relaxτ?0导致的。此外，蓝宝石上的三层样品的PL峰强度与二氧化硅衬底上的三层样品的PL峰强度可比拟。氮化硅衬底上的双层二硫化钼的PL峰强度超过了二氧化硅衬底上的双层二硫化钼的PL峰强度。我们将其归因于介电屏蔽效应增强导致的PL峰强度提高。最后，将薄层二硫化钼从二氧化硅衬底转移到氮化硅和蓝宝石衬底，I峰分别有比较明显的红移。这主要是由于不同的掺杂物内部从中性激子到三激子的衰退率及与缺陷相关的非辐射衰退率的不同所导致的。