二維納米材料因其具有獨特的力學、光學與電磁學特性,在微電子領域受到人們的廣泛關注。石墨烯、二硫化鉬(MoS2)、黑磷等,都是典型的二維納米材料。石墨烯的禁帶問題限制了它在大規模集成電路中的應用。不同于石墨烯“零帶隙”的電子結構,單層MoS2具有“直接帶隙”的特點。這一特點使單層MoS2具有優秀的光學和電學性質,廣受人們關注。由于MoS2的光致發光、熒光壽命以及激發動力學過程等光學特性與樣品的層厚、基片環境以及制備方法等密切相關,本文將利用光致發光、熒光壽命以及時間分辨測量等手段對原子層MoS2材料的光學特性開展系統深入的研究。本論文的主要工作分為兩大部分:一是,搭建用于激發動力學過程研究的單/雙色泵浦-探測(pump-probe)系統和超連續譜pump-probe測量系統;二是,利用光致發光光譜和熒光壽命測量系統以及所搭建的超連續光pump-probe系統分別對采用化學氣相沉積(CVD)法在硅/二氧化硅(Si/SiO2)基底上生長的單層MoS2材料的光致發光、熒光壽命以及在藍寶石(Al2O3)基底上生長的單層MoS2材料的光致發光、時間分辨瞬態吸收特性等超快光學性質進行了測量與研究。完成的主要工作及取得的部分結果如下:1.成功搭建了單/雙色pump-probe測量系統。其中包括控制部分、光路部分和數據采集部分。整套系統通過Labview程序實現自動化運行,采用鎖相放大器的方法進行信號采集以提高信噪比。該系統已在染料敏化太陽能電池的傳輸過程中得以應用。2.搭建了超連續譜pump-probe測量系統。其中包括控制部分、光路部分和超連續光產生裝置。整個系統通過Labview程序實現自動化運行,采用光譜儀對時間分辨瞬態吸收光譜進行采集。3.利用光致發光光譜和熒光壽命測量系統研究了在硅/二氧化硅基底上生長的單層MoS2材料的光致發光和熒光壽命特性。在單層MoS2樣品中觀測到分別對應于A激子和B激子復合躍遷的兩個光致發光峰。其發光隨溫度變化規律符合一般半導體的演變規律。變溫熒光壽命結果顯示其熒光壽命隨溫度不發生明顯改變,其熒光壽命大小在20ps左右。該結果表明,用CVD法制得基于硅/二氧化硅基底的單層MoS2材料成膜面積大、質量高,具有穩定的光學性質。這些特點非常有利于單層MoS2材料在光電子器件中應用。4.利用光致發光光、熒光壽命以及搭建的超連續pump-probe測量系統對在藍寶石(Al2O3)基底上生長的單層MoS2樣品的光致發光和飛秒時間分辨瞬態吸收特性進行了測量與研究。光致發光結果顯示在Al2O3基片只觀測到一個明顯的發光峰,而樣品的光致發光則有兩個明顯的發光峰。時間分辨測量結果表明,單層MoS2樣品和Al2O3之間具有強的耦合作用,光照激發下樣品和基片間會發生能量轉移。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

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本文編號：1840761