【摘 要】
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二维过渡金属硫族化合物以其原子级别的厚度,单层TMDs直接带隙的特点,强烈的自旋轨道耦合,优异的光电性质以及特殊的机械性能,使其在自旋电子学,能量转换,柔性电子学,DNA测序和个性
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二维过渡金属硫族化合物以其原子级别的厚度,单层TMDs直接带隙的特点,强烈的自旋轨道耦合,优异的光电性质以及特殊的机械性能,使其在自旋电子学,能量转换,柔性电子学,DNA测序和个性化医疗等多个领域具有重要的研究价值与潜在应用。然而,由于受到带隙范围及原子尺度厚度的限制,TMDs对光的吸收能力仍然有限,主要体现在较低的光响应系数、光增益及量子效率等,大大制约了其在光探测器、太阳能电池以及发光二极管等光电器件领域的实际应用。因此,提高TMDs对光吸收的能力对其在未来的微纳光电器件和传感器件中的应用具有非常大的实际意义。本文通过构建WS2/QDs杂化结构,并利用温度,介电环境,应变等外部因素调节WS2的激子态行为与光学性质进而调制WS2/QDs中的电荷转移及荧光淬灭效应。 本文利用化学气相沉积法和微机械剥离法分别制备高质量单层WS2晶体。制备得到的单层WS2尺寸分别可达几十至上百微米,且厚度均一,表面洁净。利用拉曼光谱和光致发光光谱进一步确定了所制备样品的单层性和直接带隙的特征。对变温条件下单层WS2中的激子态与缺陷态进行研究。随着温度降低,WS2的带隙逐渐变宽,中性激子X和负激子X-的发光峰位都随温度降低而发生蓝移。且温度低到一定程度时,WS2的PL光谱中开始出现了明显的缺陷峰XD,该峰为受缺陷束缚的激子发光峰。研究了变温过程中WS2/QDs杂化结构中的能带结构变化对界面处电荷转移行为的影响,降温过程中WS2与量子点带隙同时变宽,使杂化结构中界面态激子发光峰位提高70meV。对不同介电基底上单层WS2的激子态行为的影响进行了研究,随着基底介电常数的增大,WS2中负激子X-受到抑制。 成功制备了WS2和WS2/QDs杂化结构柔性样品,实现对WS2和WS2/QDs柔性样品施加单轴应变。通过研究单轴应变作用下单层WS2中的激子态行为,发现应变作用使CVD制备和机械剥离的单层WS2发生由直接带隙到间接带隙的转变。并且应变作用下CVD制备单层WS2中的中性激子与负激子发生转变。另外,应变促进剥离WS2/QDs杂化结构中的电荷转移,使杂化结构的光致发光强度显著增强。
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