论文总字数：15242字

摘 要

近些年以来，二硫化钼（MoS₂）等过渡金属化合物，因其具有类石墨烯结构，同时带隙可以随厚度发生变化，因此在很多领域有着非常广泛的应用。MoS2薄膜的制备方法有很多，可以通过机械剥离方式获得，也可以用化学气相沉积法制备，该方法是目前使用最广泛的制备方法之一，但如何制备大面积单层的MoS₂薄膜仍然是一个很大的挑战。本论文主要在阅读大量文献的基础上，采用CVD的方式制备大尺寸单层的MoS₂。本论文探索了影响大尺寸单层MoS₂制备的因素，并设计实验参数，使用CVD气相沉积法，成功制备了大尺寸单层的MoS₂薄膜，最后还利用光学显微镜、拉曼光谱仪等表征手段研究分析了单层MoS₂的基本性质。

关键词：二硫化钼 化学气相沉积法 二维材料 拉曼光谱

Preparation of Large Size Monolayer MoS₂ by CVD

Abstract

In recent years, transition metal compounds such as molybdenum disulfide (MoS2) have been widely used in the fields of electricity, optics and catalysis because of their graphene-like structure and the change of band gap with thickness. There are many preparation methods of MoS2 thin films, which can be obtained by mechanical peeling or chemical vapor deposition. However, how to prepare large-area single-layer MoS2 thin films is still a great challenge. In this paper, the factors affecting the preparation of large-size single-layer MoS2 were explored, and the experimental parameters were designed. The large-size single-layer MoS2 thin films were successfully prepared by CVD vapor deposition.

Key words: MoS₂; CVD; two-dimensional materials; Raman spectroscopy

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章绪论 1

1.1引言 1

1.2MoS₂的结构和基本性质 3

1.3单层MoS₂薄膜的制备方法 4

1.3.1机械剥离法 5

1.3.2化学气相沉积法（CVD） 6

1.4单层MoS₂薄膜的表征测试 7

1.5本论文的研究意义和主要内容 8

第二章 实验部分 10

2.1 机械剥离法制备MoS₂薄膜 10

2.2 CVD法制备MoS₂薄膜 11

2.2.1 实验前准备 11

2.2.2 CVD设备系统 13

2.2.3 实验步骤 13

第三章 表征测试 15

3.1 MoS₂薄膜的光学测试图像 15

3.2 拉曼（Raman）光谱图 17

3.3荧光光谱 19

第四章 结论 22

第五章 参考文献 24

致谢 26

第一章绪论

1.1引言

诺沃肖罗夫和盖姆，在2004年的时候，使用胶带，通过机械剥离法，成功的得到了石墨烯材料。自此，在以后很长一段时间里，石墨烯凭借其在各个方面优异的性能，从而在光电子器件等众多邻域获得了大量的关注和应用^[1]。然而，石墨烯材料自身也存在一个难以弥补的缺陷，那就是石墨烯使没有带隙的，因此他不属于半导体，这就导致了石墨烯相关的半导体器件的开关比较低，使得其在高速光电子器件方面的应用受到了极大的限制，同时其高额的价格也严重限制了石墨烯在各个领域的应用发展^[2]。

因此，科学家们开始寻找新的可以代替的其他二维材料，最终发现了过渡金属化合物材料(Transition metal dichalcogenide ，TMD)，他是一种具有类石墨烯的结构的材料，目前正在成为各领域科学家们的研究热点，其具有代表性的材料有二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)等。尽管其散装形式已在传统工业中作为插层剂和干润滑剂使用多年，但其二维形式近年来在纳米电子应用中的应用越来越受到关注。具体来说，作为石墨烯的半导体类似物，MoS₂的单层形式显示出巨大的潜力，层状MoS₂的带隙处在可见光的波长范围内，它自身的层数会影响它的带隙变化，单层时可变为直接间隙（1.9 eV）^[3]。这些令人兴奋的特点广泛应用于电学、光学、机械、化学和催化等许多领域，从柔性和透明晶体管器件到低功耗、高效率的生物和化学传感应用，二硫化钼正越来越受到研究者们的广泛关注。

目前国内外制备原子层厚的MoS₂薄膜的方法主要分为两大类，生长合成法和剥离法。虽然如今制备MoS₂薄膜的技术已经取得了阶段性的成就，但是想要大规模生产单层的高质量的MoS₂薄膜，还是有许多待解决的问题。这就是本课题的来源背景，本课题打算采用化学合成生长CVD方法制备原子层厚度的大尺寸MoS₂薄膜，并对其性质进行初步的探索。

1.2MoS₂的结构和基本性质

二硫化钼(MoS2)作为过渡金属二硫化物，具有TMD的代表性特点，并且是一种惰性的化合物，在结构上拥有着独特的"2 1"结构，即S-Mo-S的"三明治"夹心结构，基底表面是一片硫原子，具有化学惰性。在MoS2材料的层内每一个钼原子都会与和六个硫原子相连接，其中三个在上面形成上硫层，三个在下面形成下硫层，且一个硫原子都会与其他三个钼原子相连接，这些原子之间则通过共价键相结合。平面内Mo-Mo和平面内S-S分离均为0.316 nm^[4,5]。

二维MoS₂薄膜是由独立的二维（2d）层组成，在层与层之间，范德华（vdw）相互作用取代了离子键或共价键^[6,7]，因此它们的大部分物理性质，如电荷载流子输运或机械摩擦，都是各向异性的。沿面内方向的性能与面外方向的性能有显著差异，这种结构独特性的历史应用仅限于插层化学中的主晶格或力学中的干润滑剂^[8]。

其次，层状过渡金属二硫化物都具有催化性能，二硫化钼作为其一种典型的代表，而被广泛用作加氢、加氢脱硫（HDS）和加氢脱氮（HDN）催化剂， 随着MoS₂单分子层技术的发展，合成了活性更高的单层MoS₂基催化剂。此外，还发现MoS₂催化S^2-氧化的能力。因此，MoS₂成为去除S^2-的潜在催化剂，S^2-可以杀死废水中的净化菌株^[9]。

请支付后下载全文，论文总字数：15242字