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二维过渡金属硫族化合物(TMDs)由于天然的带隙、层状特性和优异的电学性能,近年来被国内外学者广泛研究。硫化钼(MoS2)是TMDs材料中研究最早的材料之一,单层MoS2薄膜仅原子层厚并表现出1.8eV的直接带隙。MoS2薄膜优异的机械延展性、光学电学特性以及催化性能,使其在各个领域内都受到广泛的关注。实现MoS2薄膜高质量大面积制备和有效低损伤的p型掺杂是实现其实际应用的基础。
在众多制备MoS2薄膜的方法中,化学气相沉积(CVD)法由于其简便廉价和高度可控的特点,成为制备MoS2薄膜最主要的方法之一。但是通过调节反应源的剂量、气体压强、气流量和反应温度等参数的传统CVD方法,在生长大面积MoS2薄膜上显得捉襟见肘。本文中采用“倒扣”CVD法,在反应源钼源中添加卤素盐(主要是NaCl),生成钼的氯氧化物来降低钼源的熔点,提高钼源的蒸气压以及反应速率,来实现大面积MoS2薄膜的制备。同时,针对在反应过程中生成的MoS2会覆盖在钼源上,阻碍反应进行的持续性问题。本文提出了将“倒扣”法中的载片替换为钼片,通过形成Mo、MoO3和MoS2的体系,利用Mo微弱的还原性,使反应能够持续进行,促使薄膜长大,获得了尺寸大、密集度高的MoS2薄膜。
离子注入掺杂方法因其高效性和可控性而广泛应用于硅基器件和电路的制备中。在等离子体掺杂TMDs薄膜的研究中,由于TMDs薄膜厚度在原子层级,实现低损伤掺杂成为近年来的一个重要研究方向。本文研究了一种在环形磁场下氮等离子体掺杂MoS2薄膜的方法,来实现MoS2薄膜的p型掺杂。首先通过第一性原理计算,发现氮等离子体中对MoS2薄膜造成损伤的主要是N+离子。从理论上分析了通过调节射频电源电压和功率,控制等离子体功率密度,控制氮等离子体中N+离子和N2+离子的浓度的可行性。并从实验上成功实现了双层MoS2薄膜低损伤的p型掺杂。采用AFM、Raman光谱、PL光谱和XPS谱分析表征了氮等离子体功率对等离子体成分和有效p型掺杂的影响。制备了p型场效应晶体管,获得的空穴迁移率为μh-FE=24.32cm2V-1s-1,阈值电压为-2.6V,电流开关比为105。
在众多制备MoS2薄膜的方法中,化学气相沉积(CVD)法由于其简便廉价和高度可控的特点,成为制备MoS2薄膜最主要的方法之一。但是通过调节反应源的剂量、气体压强、气流量和反应温度等参数的传统CVD方法,在生长大面积MoS2薄膜上显得捉襟见肘。本文中采用“倒扣”CVD法,在反应源钼源中添加卤素盐(主要是NaCl),生成钼的氯氧化物来降低钼源的熔点,提高钼源的蒸气压以及反应速率,来实现大面积MoS2薄膜的制备。同时,针对在反应过程中生成的MoS2会覆盖在钼源上,阻碍反应进行的持续性问题。本文提出了将“倒扣”法中的载片替换为钼片,通过形成Mo、MoO3和MoS2的体系,利用Mo微弱的还原性,使反应能够持续进行,促使薄膜长大,获得了尺寸大、密集度高的MoS2薄膜。
离子注入掺杂方法因其高效性和可控性而广泛应用于硅基器件和电路的制备中。在等离子体掺杂TMDs薄膜的研究中,由于TMDs薄膜厚度在原子层级,实现低损伤掺杂成为近年来的一个重要研究方向。本文研究了一种在环形磁场下氮等离子体掺杂MoS2薄膜的方法,来实现MoS2薄膜的p型掺杂。首先通过第一性原理计算,发现氮等离子体中对MoS2薄膜造成损伤的主要是N+离子。从理论上分析了通过调节射频电源电压和功率,控制等离子体功率密度,控制氮等离子体中N+离子和N2+离子的浓度的可行性。并从实验上成功实现了双层MoS2薄膜低损伤的p型掺杂。采用AFM、Raman光谱、PL光谱和XPS谱分析表征了氮等离子体功率对等离子体成分和有效p型掺杂的影响。制备了p型场效应晶体管,获得的空穴迁移率为μh-FE=24.32cm2V-1s-1,阈值电压为-2.6V,电流开关比为105。