單層MoS2光電探測(cè)器的制備和性能調(diào)控

　　二維過(guò)渡金屬硫化物(2D-TMDS)材料(如M0S2、WS2、SnS2> NbS2)具有優(yōu)異的光 學(xué)、電學(xué)、光電學(xué)、力學(xué)等性能，材料厚度為0.1?Inm,具有理想的半導(dǎo)體帶隙(1.5-2.1 eV),以及強(qiáng)烈的光-物質(zhì)相互作用，成為下一代微型、高靈敏度、高穩(wěn)定、透明性的光電 探測(cè)器的理想材料。

對(duì)單層MoS2光電探測(cè)器進(jìn)行氧等離子處理，氧等離子處理工藝是：將制備出的單層MoS2光電探測(cè)器放置于低溫氧等離子環(huán)境中，氧等離子體機(jī)的放電功率均設(shè)置為10 W, 通入氧氣后保證反應(yīng)腔體中壓力保持在25 Pa,處理時(shí)間2 s。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)論

　　通過(guò)氧等離子處理前后的拉曼、光致發(fā)光以及器件性能的變化分析了氧等離子處理的 原理。首先氧等離子處理前后拉曼光譜顯示兩個(gè)特征峰出現(xiàn)的位置沒(méi)有較大變化，僅是特 征峰強(qiáng)度均有較大地降低，這是因?yàn)檠醯入x子處理后，MoS2表面的缺陷位置被摻入氧原 子實(shí)現(xiàn)了缺陷位氧原子的化學(xué)吸附以及反應(yīng)生成多種Mo的氧化物，導(dǎo)致S-Mo之間的振 動(dòng)強(qiáng)度減小；其次，光致發(fā)光光譜顯示氧等離子體處理后特征峰的強(qiáng)度有較大的增加，這 是因?yàn)閾饺氲难踉酉喈?dāng)于對(duì)單層M0S2進(jìn)行p型摻雜，MoS2的n型半導(dǎo)體特性表明材 料內(nèi)部自由電子(n)數(shù)量大于空穴(p)數(shù)量，p型摻雜使得在材料在光激發(fā)作用下產(chǎn)生的電 子-空穴對(duì)(中性粒子)數(shù)量增加，激子數(shù)量增加使得光致發(fā)光強(qiáng)度增加。

　　氧等離子體處理不僅具有P型摻雜作用，也可以通過(guò)刻蝕襯底表面的作用而降低材料 的表面粗糙度。因此分析探測(cè)器輸出的電流增加的原因可能是氧等離子體處理可以很好地 去除掉在制備單層M0S2光電探測(cè)器過(guò)程中引入的有機(jī)雜質(zhì)。這些有機(jī)雜質(zhì)的存在增大了 M0S2的表面粗糙度，電流傳輸過(guò)程中載流子的散射現(xiàn)象增強(qiáng)從而降低了器件的電流傳輸效率