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摘 要

二维无机材料正在成为制造现代电子器件的首选材料。特别是二维MoS₂，大量研究表明：二维MoS₂因为在电子、光电子等方面具有许多新颖的特性而具有独特的功能和适用性。本文主要通过了解二维MoS₂薄膜晶体的声子和电子结构的层依赖关系来总结单层或几层MoS₂薄膜的研究进展。这篇论文介绍了单层或几层MoS₂薄膜制备的方法，以及由该薄膜制备的多种器件在不同领域的广泛应用。

关键词： 层状二硫化钼、制备方法、结构表征、光物理性质、光电子器件

Research Progress on Monolayer Molybdenum Disulfide Film

Abstract

Two-dimensional inorganic materials are becoming the first choice for the manufacture of modern electronic devices. In particular, two-dimensional MoS2, a large number of studies have shown that: two-dimensional MoS2 has unique features and applicability because of its many novel features in electronics and optoelectronics. This paper mainly summarizes the research progress of single-layer or several-layer MoS2 thin films by understanding the layer dependence of phonons and electronic structures of two-dimensional MoS2 thin-film crystals. This paper describes the preparation of single-layer or several-layer MoS2 thin films, and the wide range of applications of various devices made from the thin films in various fields.

Keywords: Monolayer molybdenum disulfide film, Preparation methods, structural characterization, photophysical properties, optoelectronic devices

目录

摘要…………………………………………………………………………………I

目录…………………………………………………………………………………II

引言…………………………………………………………………………………1

1. 结构表征…………………………………………………………………2
2. 物理特性…………………………………………………………………4

2.1 MoS₂电子能带结构…………………………………………………………4

2.2 拉曼光谱……………………………………………………………………5

2.3 MoS₂光致发光的特性………………………………………………………5

1. 合成方法…………………………………………………………………6

3.1 剥离技术……………………………………………………………………8

3.1.1 微机械剥离…………………………………………………………8

3.1.2 化学剥离……………………………………………………………9

3.2 MoS₂大面积蒸汽沉积技术…………………………………………………10

3.2.1 化学气相沉积………………………………………………………11

3.2.2 物理气相沉积………………………………………………………13

1. 应用器件………………………………………………………………14

4.1 基于MoS₂的场效应晶体管………………………………………………14

4.2 基于MoS₂的集成逻辑电路………………………………………………16

4.3 光电子器件………………………………………………………………18

4.3.1 光电探测器………………………………………………………18

4.3.2 太阳能的应用……………………………………………………20

1. 结论和展望……………………………………………………………23

参考文献……………………………………………………………………………24

致谢………………………………………………………………………………26

引 言

二维材料构成了一类独特的材料，其中面内原子键合比沿面外方向更强。这些材料通常是由层状范德华力固体人工衍生而来，层状范德华力固体的晶体结构由一个原子厚或几个原子多面体层组成，两层之间有紧密的共价键或离子键（内层）和弱范德华力键合沿第三维（中间层），弱范德华键合使分层材料易于分裂成单个单分子层。二维材料的声子和电子结构不同于它们的体相，并且由于电子的量子限制效应和层间相互作用的缺乏而表现出独特和迷人的性质。比如石墨烯，单层石墨烯是第一个真正的2D材料。然而，目前有大量的分层材料可以容易地切割或生长成二维原子平面，包括过渡金属二硫族化合物。与零带隙石墨烯（半金属），和大带隙HBN（六方氮化硼绝缘体）不同，二维过渡金属二硫族化合物（硫化物和硒化物）具有与常规Si或GaAs相当的带隙，因此呈现出诱人的将所有半导体科学技术缩减为真正的原子尺度的前景。尽管这些过渡金属二硫族化合物（TMDCs）在过去的几十年中因其在固态润滑剂光伏器件和可再充电电池中的应用而广为人知，但最近的方法和概念从对石墨烯的研究，对二维材料的剥离，转移和操纵的过程中已经激发人们去探索层状的TMDCs。

TMDCs具有夹在两层硫属元素原子（X）之间的具有MX₂化学计量的六边形过渡金属原子层（M）。根据不同的硫族元素组合（通常是S，Se或Te）和过渡金属（主要是Mo 和W）元素，可以组成不同类型的TMDCs。在TMDCs的各种组合中，MoS₂是最有前途的二维材料，作为其元素组成部分丰富，无毒，易于形成单层或多层，与它们类似的还有硒化物、碲化物。

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