单层WS2xSe(2(1-x))合金的制备及其光学性能探究

为了全面理解过渡金属硫族化合物合金成分变化对其带隙及光学性能的影响，通过调控非金属生长源S粉和Se粉的比例，采用化学气相沉积法，制备了一系列具有不同成分的大尺寸单晶WS_2xSe₍2(1-x))合金.通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、光致发光光谱等对其形貌、结构及光学性能进行了研究.实验结果表明：单层单晶WS_2xSe₍2(1-x))合金成分均匀且具有非线性光学特性.随着合金中非金属S含量的增多，单层WS_2xSe₍2(1-x))合金的拉曼峰发生蓝移；且其带隙也随S的增多而逐渐变大，发光和吸收峰位均逐渐蓝移.     

Fe，Ag掺杂单层MoSe2光电性质的第一性原理计算

本文基于第一性原理分别计算了Fe, Ag掺杂对单层MoSe₂电子结构和光电效应的影响,结果表明:与本征单层MoSe₂相比,Fe, Ag掺杂体系的能带更加密集,且费米能级附近均出现了较多杂质能带;通过对分波态密度进行分析,发现其分别是由Fe-3d、Se-4p轨道和Se-4p、Mo-4d轨道所贡献.在近乎整个可见光范围内,Fe, Ag掺杂有效加强了单层MoSe₂的光响应能力,其中Ag掺杂效果最好;这可以归结于掺杂显著改变了单层MoSe₂费米能级附近的能带结构.即掺杂进一步减小了体系的带隙,更有利于电子跃迁,进而产生较大的光响应.研究结果可为单层MoSe₂在光电器件的实际应用提供一定的理论参考.     

应力调控对单层TiOCl2电子结构及光学性质的影响

基于密度泛函理论的第一性原理计算,对单层TiOCl₂的电子结构、输运性质和光学性质进行了理论研究.对单层TiOCl₂材料的声子谱、分子动力学和弹性常数的计算结果表明,该材料在常温下能稳定存在,并具有较好的动力学、热力学和机械稳定性.电子结构分析表明,单层TiOCl₂是一种间接窄带隙半导体(能隙为1.92 eV).在应力调控下,单层TiOCl₂材料的能带结构、输运性质和光学性质均发生明显变化.沿a方向施加-4%的收缩应力后,单层TiOCl₂由间接带隙变为直接带隙,带隙减小至1.66 eV.同时TiOCl₂还表现出明显的各向异性特征,电子沿b方向传输(迁移率约为803 cm~2·V^-1·s^-1),空穴则沿a方向传输(迁移率约为2537 cm~2·V^-1·s^-1).此外,施加收缩应力还会使单层TiOCl₂材料的光吸收率、反射率和透射率的波峰(谷)发生红移...     

碳纳米管/二硒化钼有机玻璃的非线性吸收、非线性散射和光限幅特性

MoSe₂的禁带宽度较窄（1.1–1.5 eV）,且具有可调谐的激子光电效应,这样使其在光致发光、光电晶体管、太阳能电池和光学非线性等方面具有潜在的应用价值.然而,纯的MoSe₂的光生电子空穴复合率较高,限制了其在某些光学领域中的应用.通过设计MoSe₂的复合材料,可以降低材料的光生电子空穴复合率,从而扩展其应用领域.首先,通过热溶剂法合成CNT/MoSe₂复合材料;然后,通过浇铸法将其分散在甲基丙烯酸甲酯（MMA）中制备成有机玻璃,其中MMA会聚合成聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）,并利用改进的Z-扫描技术首次对CNT/MoSe₂/PMMA有机玻璃的非线性吸收、非线性散射和光限幅特性进行了研究.研究表明,随着输入能量的变化,通过调节输入能量,CNT/MoSe₂/PMMA有机玻璃表现出饱和吸收（SA）和从SA到反饱和吸收的转变.结合材料特性及应用条件要求,可以得到CNT/MoSe₂/PMMA有机玻璃在光学设备,如光学限制器和锁模/调Q激光器等方向具有较好的应用前景.     

电化学析氢反应中单层MoSe2氢吸附机理第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,本文计算了单层2H相MoSe₂纳米材料表面及两种边缘（Mo原子边缘、Se原子边缘）不同活性位点、不同氢原子吸附率下的氢吸附吉布斯自由能（Gibbs free energy,用△G_H⁰表示）,并且将对应的微观结构进行了系统分析比较,得出△G_H⁰最接近于0 eV的吸附位点及相应的吸附率.同时,结合差分电荷密度和电负性理论,分析了单层MoSe₂两种边缘氢吸附的电荷转移及成键特性,进一步解释了不同吸附位点呈现的结构与能量趋势.最后,通过基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学模拟,研究了高温热运动对两种边缘氢吸附的影响,获得了氢原子发生脱附的临界温度及对应的微观动态过程.该理论研究从原子尺度揭示了单层2H相MoSe₂纳米材料边缘不同位点在不同温度下对氢原子吸附和脱附的微观机理,证实了Mo原子边缘的畸变和重构行为,加深了对实验中单层2H相MoSe₂边缘在不同温度下氢吸附机理的理解,为实验中通过控制MoSe₂边缘设计廉价高效的析氢催化剂提供理论参考.     

直接带隙半导体In2(PS3)3单层结构与电子特性的第一性原理研究

高载流子迁移率和可调直接带隙是低维电子器件应用的两个关键特性.但目前发现的此类二维材料稀少.鉴于此在第一性原理计算的基础上,本文系统研究了In₂(PS₃)₃单层的稳定性、电子结构性质和机械性质.研究结果表明,In₂(PS₃)₃单层是具有直接带隙的半导体材料(1.58 eV).在-3%到3%应变下,In₂(PS₃)₃单层的带隙是可以调节的(1.3～1.8 eV).声子谱、分子动力学和弹性常数的计算结果表明,In₂(PS₃)₃单层是热力学、动力学和机械稳定的.此外,In₂(PS₃)₃单层的剥离能(0.21 J m^-2)小于石墨烯的剥离能(0.36 J m^-2),有望像石墨烯一样机械剥离得到.这些优异的的性能使得In     

以双(2-二苯基磷苯基)醚为配体的蓝色磷光铜(Ⅰ) 配合物的合成及光电特性研究

合成了一种新型的室温天蓝色磷光发射材料双(2-二苯基磷苯基)醚碘合铜(Ⅰ)([(POP)CuI]₂)配合物。通过红外光谱、X-射线单晶衍射确定其分子结构,并对其光电特性进行了详细研究。结果表明:[(POP)CuI]₂为二聚体结构,主要吸收峰为227,268,291 nm,最大发射峰为475 nm,光学带隙为2.93 eV。以[(POP)CuI]₂作为客体掺杂在主体CBP中作为发光层,制备了结构为ITO/NPB(30 nm)/CBP∶[(POP)CuⅠ]₂(30 nm,8%)/BAlq(10 nm)/Alq₃ (30 nm)/LiF(1 nm)/Al(200 nm)的器件,其电致发光峰为476 nm,最大亮度为9 539 cd/m²,最大电流效率为1.9 cd/A。     

基于模板剥离法制备高性能钙钛矿单晶薄膜光电探测器

近年来,杂化钙钛矿半导体材料由于其带隙可调、吸收系数高、载流子迁移率高、成本低廉等诸多优点,在光电器件领域备受青睐,如太阳能电池、电致发光器件、光电探测器等。其中,钙钛矿单晶薄膜因其无晶界、杂质和缺陷含量低等特点,展现出更为优异的光学、电学特性,成为制备高性能光电器件的理想材料体系。然而,钙钛矿单晶薄膜常采用空间限域法直接生长在空穴传输层上,不可避免地将导致界面缺陷和载流子层间输运等问题,严重制约了钙钛矿单晶薄膜光电探测器的性能。为此,本文通过引入模板剥离法工艺技术,在钙钛矿单晶薄膜两侧分别蒸镀功能层材料,制备了结构为Cu/BCP/C₆₀/MAPbBr₃/MoO₃/Ag的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。基于模板剥离法,两侧蒸镀的功能层与钙钛矿单晶薄膜接触紧密,将有效改善载流子的注入和传输;同时,优化的器件结构以及考虑能带匹配等因素可实现高灵敏、响应快速的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。改进后器件的开关比高达3.1×10³,响应度可达7.15 A/W,探测率为5.39×10¹² Jones,...     

溅射制备Ge,Nb共掺杂窄光学带隙和低电阻率的TiO2薄膜

采用射频磁控溅射技术制备了Ge,Nb共掺杂的锐钛矿结构TiO₂薄膜,详细探讨了薄膜的结构、电阻率及光学带隙等性质随Ge,Nb掺杂量、溅射功率和热处理温度等参数的变化,发现Ge,Nb共掺杂可以同时调节TiO₂薄膜的光学带隙和电阻率.体积分数约为6%Nb和20%Ge的共掺杂TiO₂薄膜电阻率由10⁴Ω/cm减小至10^-1Ω/cm,光学带隙由3.2 eV减小至1.9 eV.退火后掺杂TiO₂薄膜不仅显示更低的电阻率,还表现出更强的可见-红外光吸收.结果表明,改变Ge,Nb的掺杂量和退火条件能够制备出电阻率和带隙都可调的TiO₂薄膜.     

双轴应变条件下单层MoSe2电子结构和拉曼光谱的第一性原理计算

二硒化钼的层间相互作用强,单层结构具有更低的带隙和更好的稳定性.由于独特的光学性质和优异的电学性能受到研究人员的广泛关注.本文基于密度泛函理论的第一原理,计算和分析了在双轴拉伸压缩应变条件下单层MoSe₂能带结构,拉曼光谱和声子谱的变化规律以及性质产生的原因.在拉伸压缩应变作用下,直接带隙转变为间接带隙.当拉伸应变达到12%时,材料发生半导体-金属相变.当压缩应变达到6%时,声子谱中开始出现虚频率,表明结构开始变得不稳定.     

单层二硫化钼的制备及在器件应用方面的研究

二硫化钼(MoS₂)作为一种新兴的二维半导体材料,它具有天然原子级的厚度以及优异的光电特性和机械性能,在未来超大规模集成电路中具有巨大的应用潜力.本文综述了我们课题组在过去几年中在单层MoS₂薄膜研究方面所取得的进展,具体包括:在MoS₂薄膜制备方面,通过氧辅助气相沉积方法,实现了大尺寸MoS₂单晶的可控生长;通过独特的多源立式生长方法,实现了4 in晶圆级大晶粒高定向的单层MoS₂薄膜的外延生长,样品显示出极高的光学和电学质量,是目前国际上报道的质量最好的晶圆级MoS₂样品;通过调节MoS₂薄膜的氧掺杂浓度,可以实现对其电学和光学特性的有效调控.在MoS₂薄膜器件与应用方面,利用制备的高质量单层MoS₂薄膜,实现了高性能柔性晶体管的集成,这种大面积柔性逻辑和存储器件显示出优异的电学性能;在集成多层场效应晶体管的基础上,设计,加工了垂直集成的多层全二维材料的多功能器件,充分发挥器件的组合性能...     

边修饰GeS2纳米带的电子特性及调控效应

GeS₂单层已成功制备,为了进一步扩展其应用范围以及发现新的物理特性,我们构建扶手椅型GeS₂纳米带(AGeS₂NR)模型,并采用不同浓度的H或O原子进行边缘修饰,且对其结构稳定性、电子特性、载流子迁移率以及物理场调控效应进行深入研究.研究表明边修饰纳米带具有良好的能量与热稳定性.裸边纳米带是无磁半导体,而边修饰能改变AGeS₂NR的带隙,使其成为宽带隙或窄带隙半导体,或金属,这与边缘态消除或部分消除或产生杂化能带有关,所以边缘修饰调控扩展了纳米带在电子器件及光学器件领域的应用范围.此外,计算发现载流子迁移率对边缘修饰十分敏感,可以调节纳米带载流子迁移率(电子、空穴)的差异达到1个数量级,同时产生载流子极化达到1个数量级.研究还表明半导体性纳米带在较大的应变范围内具有保持电子相不变的鲁棒性,对于保持相关器件电子输运的稳定性是有益的.绝大部分半导体性纳米带在较高的外电场作用下,都具有保持半导体特性不变的稳定性,但带隙随电场增大而明显变小.总之,本研究为理解GeS₂纳米带特性并研发...     

Te掺杂单层MoS2的电子结构与光电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Te掺杂对单层MoS₂能带结构、电子态密度和光电性质的影响。结果表明,本征单层MoS₂属于直接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.64 eV。本征单层MoS₂的价带顶主要由S-3p态电子和Mo-4d态电子构成,而其导带底则主要由Mo-4d态电子和S-3p态电子共同决定;Te掺杂单层MoS₂为间接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.47 eV。同时通过Te掺杂,使单层MoS₂的静态介电常数增大,禁带宽度变窄,吸收光谱产生红移,研究结果为单层MoS₂在光电器件方面的应用提供了理论基础。     

含氮氟化类金刚石(FN-DLC)薄膜的研究：(Ⅱ)射频功率对薄膜光学带隙的影响

以CF₄,CH₄和N₂为源气体，采用射频等离子体增强化学气相沉积法，在不同射频功率下制备了含氮氟化类金刚石薄膜样品.原子力显微形貌显示，低功率下沉积样品表面致密均匀.拉曼及傅里叶变换红外光谱分析显示，随着射频功率的改变，薄膜的结构和组分也随之变化.紫外-可见光透射光谱证明薄膜具有紫外强吸收特性，通过计算得到其光学带隙在1.89—2.29 eV之间.结果表明，射频功率增加，薄膜内sp²C含量增加，或者说C=C交联相对浓度增加、F的相对浓度降低，导致薄膜内π-π^*带边态密度增大，光学带隙减小. 关键词： 含氮氟化类金刚石薄膜 射频功率 光学带隙     

卤化硅烯结构、电子和光学性质的第一性原理研究

二维硅烯的商业用途通常受到其零带隙的抑制,限制了其在纳米电子和光电器件中的应用.利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,单层硅烯的带隙通过卤原子的化学官能化被成功打开了,并综合分析了卤化对单层硅烯的结构,电子和光学性质的影响.研究结果表明卤化使结构变得扭曲,但保持了良好的稳定性.通过HSE06泛函,全功能化赋予硅烯1.390至2.123 eV的直接带隙.键合机理分析表明,卤原子与主体硅原子之间的键合主要是离子键.最后,光学性质计算表明,I-Si-I单层在光子频率为10.9 eV时达到最大光吸收,吸收值为122000 cm^-1,使其成为设计新型纳米电子和光电器件的有希望的候选材料.     

单层WSe2、MoSe2激子发光的压力诱导K-Λ交互转变

采用机械剥离法在金刚石对顶砧中制备了单层WSe₂和MoSe₂样品,利用高压微区荧光光谱测量技术,在氩传压介质环境下对其激子发光行为进行了高压调控研究。其中单层WSe₂的中性和负电激子演化趋势在2.43 GPa处出现拐点,单层MoSe₂中性激子发光在3.7 GPa处发生了劈裂。结合第一性原理计算分析,确认该不连续现象的产生机制为压力诱导的导带底K-Λ交互转变。该结果可以扩大至整个二维层状材料体系,为发展激子器件垫定基础。     

类石墨烯硼-磷单层材料的电子与光学性能的第一性原理计算研究

基于第一性原理计算,对硼-磷单层材料的电子结构和光学性质进行系统地理论研究. 全局结构搜索和第一性原理分子动力学模拟现实二维硼-磷单层材料能量最低的结构与石墨烯类似,具有很高的稳定性. 类石墨烯二维硼-磷单层是直接带隙半导体,带隙宽度1.37 eV,其带隙宽度随层数增加而减少. 硼-磷单层的带隙宽度受外界应力影响.硼-磷单层的载流子迁移率达到106 cm2/V. MoS2/BP二维异质结可用于光电器件,其理论光电转换效率为17.7%?19.7%. 表明类石墨烯硼-磷二维材料在纳米电子器件与光电子器件的潜在应用价值.     

基于Au纳米岛修饰的CdSSe纳米带光电探测器

三元合金CdS_xSe_1–x兼具CdS和CdSe的物理性质,其带隙可以通过改变元素的组分来调节.该合金具有优异的光电性能,在光电器件方面具有潜在的应用价值.本文首先通过热蒸发法制备了单晶CdS_0.42Se_0.58纳米带器件,在550 nm光照及1 V偏压下,器件的光电流与暗电流之比为1.24×10³,光响应度达60.1 A/W,外量子效率达1.36×10⁴%,探测率达2.16×10¹¹ Jones,其上升/下降时间约为41.1/41.5 ms.其次,通过Au纳米岛修饰该CdS_0.42Se_0.58纳米带后,器件的光电性能显著提升,在550 nm光照及1 V偏压下,器件的光开关比、响应度、外量子效率及探测率分别提高了5.4倍、11.8倍、11.8倍和10.6倍,并且上升/下降时间均缩短了近一半.最后基于Au纳米岛的局域表面等离子共振解释了器件光电性能增强的微观物理机制,为在不增大器件面积的前提下,...     

基于透射光谱确定溶胶凝胶ZrO2薄膜的光学常数

基于溶胶凝胶ZrO₂薄膜的紫外/可见/近红外透射实验光谱,采用Swanepoel方法结合Wemple-DiDomenico色散模型,方便地导出了ZrO₂薄膜在200—1200nm波长范围内的光学常数,包括折射率、色散常数、膜层厚度、吸收系数及能量带隙.研究发现,溶胶凝胶ZrO₂薄膜具有高折射率(1.63—1.93,测试波长为632.8nm)、低吸收和直接能量带隙(4.97—5.63eV) 等光学特性,而且其光学常数对薄膜制备过程中的重要工艺 关键词： 光学常数 Swanepoel方法 2薄膜')" href="#">ZrO₂薄膜 热处理     

GaxN2:Zn3-x薄膜的分子束外延生长及其光学和电子输运性能表征

本文采用分子束外延技术,通过对金属分子束的精确控制,在MgO(002)基底上成功生长了Ga_xN₂∶Zn_3-x合金薄膜.高分辨率单晶X光衍射仪表征结果表明Ga_xN₂∶Zn_3-x合金薄膜仍是以(400)Zn₃N₂为主导的复合晶体结构,对衍射数据的分析得到该薄膜晶粒尺寸小.用扫描电子显微镜和能谱射线分析仪对其表面和成分做了深入的分析和讨论,在固定的金属流量比的生长环境下,不同厚度的样品在成膜后x均为0.65,化学通式Zn_2.35Ga_0.65N₂.该结果表明Ga元素属于重度掺杂,同时也体现了分子束外延技术在共掺杂技术中的优越性.本文也测量并讨论了Zn_2.35Ga_0.65N₂薄膜的光学性能,实验得到的1.85 eV的光学带隙与理论推算基本吻合,说明Ga的掺入有Ga-N结构...