稀土掺杂MoSe2薄膜的制备及光电特性研究

摘要

由于石墨烯二维材料具有超强的硬度和超快的载流子运动速度等优异的性能，国内外掀起了研究二维材料的热潮。与此同时，物理材料类科研工作者，也在不断探寻新的这类材料，具有相似物理特性的类石墨烯二维晶体材料。过渡族金属硫化物具有层状结构，很容易通过剥离和人工合成方法形成二维材料，并具有与石墨烯相似的光电特性，这些特性可用于制备新型、超薄、柔性光电子器件。硒化钼(MoSe2)是一种半导体材料，可以制作成具有层状结构的薄膜，已经有科研工作者，通过研究测试出单层硒化钼材料为直接带隙半导体材料，单层硒化钼(MoSe2)材料有着优异的物理特性，特别是在光电特性方面的表现，方便研究者制备太阳能电池、光探测器等器件。本文主要研究方面是，了解稀土掺杂硒化钼薄膜的制备、掺杂薄膜与未掺杂薄膜前后光学电学特性的变化。
　　本文首先利用热蒸发法来制备硒化钼薄膜，以硒化钼粉末为原料、氩气为携载气体，在P型硅衬底或石英玻璃衬底上生长制备硒化钼薄膜。研究薄膜生长不同反应时间(5min、10min、15min、20min)，不同生长温度(650℃、700℃、750℃)，这些温度条件下硒化钼薄膜材料的结晶性质、样品表面形貌特征、薄膜厚度以及光学电学特性的规律。测试分别包括表面形貌的原子力显微图、晶体结构的X-射线衍射图谱、样品反射率的分光光度曲线、导电类型的霍尔效应参数、薄膜光致发光的荧光光谱图，发现生长温度，反应时间对硒化钼薄膜结晶性、表面形貌影响较大。发现700℃生长的硒化钼薄膜结晶性较好，反应时间的增加会提高硒化钼薄膜表面纳米线性生长，薄膜的光电特性也会提高。
　　实验最后，我对硒化钼薄膜进行了掺杂并研究了掺杂样品的各项性能。进行银掺杂的前期探索，旨在提升样品的导电率，掺杂银提升了硒化钼的导电率。利用稀土元素铒掺杂硒化钼薄膜，用于提高其导电性和发光特性。用硝酸铒作为掺杂溶液，用水浴加热至70℃恒温时，氩气作为携载气体携载硝酸铒进入反应室，原位掺杂已制备好的硒化钼薄膜。通过分析实验掺杂薄膜样品，主要测试薄膜的表面形貌、样品的晶体结构以及薄膜的电学特性，通过荧光光谱仪测试其荧光激发特性。发现稀土元素鉺掺杂可显著增加硒化钼薄膜的发光特性;而且，铒的掺杂可以增强硒化钼薄膜样品的导电能力。通过稀土掺杂，明显增强了硒化钼薄膜的光吸收率和导电特性，这样使得硒化钼薄膜材料在发光器件以及太阳能电池等领域的应用具有竞争力。本论文的研究内容对新型硒化钼薄膜的制备、超薄二维光电子器件的制作具有良好的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 硒化钼简介

1．3 NoSez薄膜的制备方法

1．3．1 薄膜机械剥离法制备MoSe2薄膜

1．3．2 热化学气相沉积法制备MoSe2薄膜

1．3．3 分子束外延法制备MoSe2薄膜

1．4 硒化钼的应用

1．4．1 硒化钼光学特性与应用

1．4．2 片状MoSe2／C结构储能应用

1．4．3 硒化钼异质结的应用

1．5 选题思想和主要内容

第二章 热蒸发法制备MoSe2薄膜

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．2 主要仪器设备

2．2．3 硒化钼薄膜的制备

2．3 热蒸发法不同温度对NoSe2薄膜光电特性的影响

2．3．1 不同温度MoSe2薄膜的光反射特性

2．3．2 不同温度制备MoSe2薄膜的原子力显微图

2．3．3 不同温度制备MoSe2薄膜的电学特性

2．3．4 不同温度制备MoSe2薄膜的XRD

2．4 热蒸发法时间对MoSe2薄膜光电特性的影响

2．4．1 不同时间MoSe2薄膜光反射特性影响

2．4．2 不同时间MoSe2薄膜的AFM图像

2．4．3 不同时间制备MoSe2薄膜的电学特性的影响

2．4．4 不同时间制备MoSe2薄膜的XRD

2．5 本章小结

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要实验试剂

3．2．2 主要实验仪器

3．2．3 MoSe2薄膜的制备

3．3 银掺杂对MoSe2薄膜光电特性的影响

3．3．1 银掺杂对MoSe2薄膜光反射特性的影响

3．3．2 银掺杂对MoSe2薄膜电学特性的影响

3．3．3 银掺杂对MoSe2薄膜XRD的影响

3．3．4 银掺杂对MoSe2薄膜表面形貌的影响

3．4 掺杂银与未掺杂的MoSe2薄膜

3．4．1 未掺杂与银掺杂MoSe2薄膜的光反射特性

3．4．2 未掺与银掺杂MoSc2薄膜的薄膜的电学特性

3．4．3 未掺与银掺杂MoSe2薄膜的薄膜的表面形貌

3．5 本章小结

第四章 稀土元素铒掺杂MoSe2薄膜的制备和光电特性

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 稀土元素铒掺杂MoSe2薄膜的薄膜的制备

4．3 稀土元素铒掺杂MoSez薄膜的光电特性研究及表征

4．3．1 稀土元素铒掺杂MoSe2薄膜的表面形貌表征

4．3．2 稀土元素铒掺杂MoSe2薄膜的晶格结构表征

4．3．3 稀土元素铒掺杂MoSe2薄膜的光反射特性表征

4．3．4 稀土元素铒掺杂MoSe2薄膜的电学特性表征

4．3．5 稀土元素铒掺杂MoSe2薄膜的荧光激发特性

4．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

作者简历