二硫化钼/石墨烯异质结的制备及其生长机理探究

• 作 者: 杨春霞
• 出 处: 浙江工业大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 二硫化钼 石墨烯 异质结 化学气相沉积 生长机理

随着硅基微电子技术的快速发展,电子芯片集成度越来越高,要求电子器件的尺寸越来越小。目前集成电路的集成度相比于上世纪70年代,已经增加了100万倍。原来每个集成电路上约有2000多个晶体管,现在已经增加到20多亿个,线宽也从4μm缩小到22 nm,仅为当时二百分之一。但是随着电子器件集成度的不断提高,它的发展开始受到量子效应的干扰,因此人们开始将目光投向了二维层状纳米材料构成的超薄异质结电子器件。MoS₂和石墨烯形成的异质结便是一种典型的新型二维层状结构的超薄异质结。目前,石墨烯、MoS₂及其异质结的可控制备仍是制约其实际应用的一大障碍,针对该问题,本文在自制的CVD管式炉生长系统中,制备了石墨烯、MoS₂及MoS₂/石墨烯异质结,并对其微观结构进行表征,以此推断MoS₂在石墨烯表面的生长机理,为MoS₂/石墨烯异质结的生长提供调控方向。本文主要的研究内容及结果如下:（1）基于化学气相合成法（CVD）在铜箔上制备了石墨烯,并采用湿法转移将铜箔上的石墨烯转移到SiO₂/Si衬底上,用于后期MoS₂的生长及表征,表征结果表明,CVD法制备得到了大面积、单层的石墨烯,且质量较高。（2）以SiO₂/Si作为生长衬底,分别以MoO₃和MoO₂为钼源用CVD法制备MoS₂,探究了不同钼源情况下MoS₂的生长情况,MoO₃制备得到的MoS₂大多数面积较大,可达几百微米,但非单层,少数MoS₂为单层,尺寸约在5²0μm左右。以MoO₂为前驱体制备的MoS₂大部分为单层,尺寸约在20μm左右,大于一般机械剥离法得到的样品尺寸,考虑到当MoS₂为单层时,MoS₂/石墨烯异质结的光电性能更优,所以在石墨烯表面以CVD法生长MoS₂,构筑MoS₂/石墨烯异质结时,选用MoO₂作为钼源,并且借助扫描电镜、拉曼光谱、光致发光光谱等手段对以MoO₂制备的MoS₂样品进行了一系列的测试,结果表明,在自制的CVD系统中成功制备了高质量的单层MoS₂。（3）在转移到SiO₂/Si衬底上石墨烯的石墨烯表面用CVD法生长MoS₂,构筑MoS₂/石墨烯异质结,表征结果表明,石墨烯上成功的生长了单层的MoS₂,MoS₂的形貌除了常规的三角形片状,在部分片状MoS₂的边角处还有沿扶手椅（armchair）方向生长的MoS₂纳米带。借助球差校正电镜,表征了MoS₂样品的微观结构,片状MoS₂的边缘主要是Mo原子终结的锯齿状边缘,纳米带边缘Mo、S原子终结的锯齿状边缘交替存在,而在纳米带末端则主要是S原子终结的锯齿状边缘,据此,本文推测了石墨烯表面MoS₂的生长机理,为不同形貌MoS₂/石墨烯异质结的可控制备提供参考。