类石墨烯二硫化钼的制备和表征开题报告

1. 研究目的与意义

硫化钼(mos₂)二维材料是典型的过渡金属硫化物，属于二维纳米结构体系。通常情况下是指由单层或少数几个层组成的纳米材料。单层的mos₂是由3个原子层通过共价键结合形成的铝原子层位于整个硫化铝单层的中间，上面和下面两层都是由硫原子构成。少数层的硫化铝是由几个硫化铝单层通过微弱的范德瓦尔斯力结合在一起，通常层数不大于5层，层间距离为0.7nm左右。其晶体结构具有两种不同的构型，分别为1t和2h构型。1t构型是mos₂单层内位于中心的mo原子与6个s原子进行八面体配位，层间通过范德华力相结合，1t构型的mos₂中存在金属特性; 2h构型是mos₂单层内位于中心的mo原子与6个s原子进行三棱柱配位，层间通过范德华力相结合，该构型下mos₂具有半导体性质, 2h构型是mos₂的最常见构型。

与具有二维层状结构的石墨烯不同, 类石墨烯二硫化钼具有特殊的能带结构,它的布里渊区的能带是一个平面, 该面上每一点与布里渊区中心的连线都构成一个k矢量(即波数矢量), 而每一个k矢量都有一个能级e(k)与之对应. 相比于石墨烯的零能带隙, 类石墨烯二硫化钼存在1.29-1.90 ev的能带隙, 而二硫化钼晶体的能带隙为eg =1.29 ev, 电子跃迁方式为非竖直跃迁; 但当小于100 nm时, 由于量子限域效应, 能隙不断扩大, 单层二硫化钼的能带隙达到1.90 ev, 同时电子的跃迁方式变为竖直跃迁.

类石墨烯二硫化钼存在可调控的能带隙, 在光电器件领域拥有更光明的前景。类石墨烯二硫化钼具有纳米尺度的二维层状结构, 可被用来制造半导体或规格更小、能效更高的电子芯片, 将在下一代的纳米电子设备等领域得到广泛应用。二硫化钼还可成为制作晶体管的新型材料。相较于同属二维材料的石墨烯，二硫化钼拥有1.8ev的能带隙,而石墨烯则不存在能带隙，因此，二硫化钼可能在纳米晶体管领域拥有很广阔的应用空间。而且单层二硫化钼晶体管的电子迁移率最高可达约500 cm^2/(v·s), 电流开关率达到1×10^8.本毕业论文主要研究类石墨烯二硫化钼（mos₂）材料的制备，并对制备出的单层或多层二维材料进行表征。此研究为mos₂二维材料在纳米电子器件领域的应用提供了理论依据。

2. 研究内容和预期目标

主要内容如下：

1. 采用微机械力剥离技术从单晶体mos₂材料中制备出不同层数的mos₂二维材料。

2. 采用光学显微镜对制备出的mos₂二维材料进行形貌、堆叠方式的表征。初步确定材料层数，并找出单层材料。

3. 研究的方法与步骤

制备方法：微机械剥离法

微机械剥离法的原理是利用胶带的粘附力来克服分子层间的范德华力，从而实现剥离的效果。实验的主要器材与材料包括:spi公司购得的mos₂块体、scotch胶带、微机械剥离玻璃片、镊子、手套等。其操作简便且剥离程度高，所得样品结晶度高、迁移率高，但重复性差且尺寸小，满足不了工业化需求。具体实验步骤如下:

(1)深参杂硅片清洗。将附有300nmsi0₂的si基片切成适宜大小放入超声清洗机，先后用丙酮清洗30min，酒精清洗20min，硅片表面不沾水即为干净。最后将洗净的硅片放于烘烤机上200℃烘lh。

4. 参考文献

[1] 黄燕峰，车剑韬，邓加军. 二硫化钼的制备与结构表征[j]. 湖南城市学院学报，2015，24(2):59-60.

[2] 赖占平. 二维辉钼材料及器件研究进展[j]. 物理学报，2013，62(5):056801-1-056801-9

[3] 汤鹏，肖坚坚，郑超,等. 类石墨烯二硫化钼及其在光电子器件上的应用[j].物理化学学报，2013, 29 (4):667 – 677

5. 计划与进度安排

1．2022.11.16～2022.2.21 学生与指导老师见面，根据指导老师的建议查阅文献资料；

2．2022.2.22～2022.3.13 开学后，向指导老师汇报情况，并根据任务书写出开题报告；

3．2022.3.14～2022.5.8学生根据调研资料和指导老师要求进行实验，并进行数据分析，及时与教师交流实验进展，及时解决出现的问题；