二维MoS2 MoO2混合层结构的制备与表征

Advances in Condensed Matter Physics 凝聚态物理学进展, 2019, 8(2), 33-40

Published Online May 2019 in Hans. /journal/cmp

https:///10.12677/cmp.2019.82005

Preparation and Characterization of Two

Dimensional MoS2/MoO2 Mixed Structures

Jiajun Deng*, Chenxiao Ye, Yanfeng Huang, Jiantao Che, Wenjie Wang, Xunlei Ding

School of Mathematics and Physics, North China Electric Power University, Beijing

Received: April 30th, 2019; accepted: May 15th, 2019; published: May 22nd, 2019

Abstract

In recent years, semiconducting two-dimensional transition metal dichalcogenides have been concerned for their potential applications in the semiconductor industry. In this paper, the hexagonal and rhomboic MoS2/MoO2 mixed structures were prepared by chemical vapor deposition method using MoO3powder and S powder as precursors. First, the morphology of samples was observed by optical microscopy and SEM, and then the composition of samples was determined by XPS and EDS. Finally, the MoS2/MoO2 mixed structures of samples we prepared was confirmed by the Raman spectra. At the same time, we tried to explore the growth mechanisms of the mixed structure by comparative experiments.

Keywords

Two-Dimensional Materials, CVD, MoS2/MoO2 Mixed Structure

二维MoS2/MoO2混合层结构的制备与表征

邓加军*，叶晨骁，黄燕峰，车剑韬，王文杰，丁迅雷

华北电力大学数理学院，北京

收稿日期：2019年4月30日；录用日期：2019年5月15日；发布日期：2019年5月22日

摘要

近年来，半导体性的二维过渡金属硫族化合物(2D-TMDCs)由于其在半导体工业上的潜在应用而备受青睐。

本文利用化学气相沉积法(CVD)，以MoO3粉末和S粉为前驱体，制备出了六边形和四边形的MoS2/MoO2混合层结构。我们首先利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观测了样品，然后通过X射线光电子谱(XPS) *通讯作者。

邓加军 等

和能量色散谱(EDS)测试对样品的成分进行了初步判定，最后通过Raman 光谱确定了我们制备的样品就是MoS 2/MoO 2混合层结构。同时，我们通过对比实验，对混合层结构的生长机理进行了探究。

关键词

二维材料，化学气相沉积法，MoS 2/MoO 2混合层结构

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/licenses/by/4.0/

1. 引言

二维过渡金属硫族化合物(2D-TMDCs)是一种新型的半导体材料，由于其具有与石墨烯类似的六角蜂巢结构和独特的光电、机械以及谷电子学等物理特性，在近年来成为了二维材料研究的热点[1] [2]。二维MoS 2是这类材料的典型代表，其中单层的MoS 2是一种直接带隙半导体(1.8 eV) [3]，这一特性使其在纳米电子和光电子器件中具有广阔的应用前景[4]-[9]。目前人们已经能够利用S 粉和MoO 3粉末作为前驱体，通过CVD 法可控地制备出较高晶体质量的MoS 2薄膜，而作为制备MoS 2的中间产物MoO 2，具有较低的电阻、较高的电导率、较高的化学稳定性和较大的比表面积等特性，使其在传感器、催化剂、电化学超级电容器、高性能场发射体及Li 离子电池等方面应用广泛[10] [11] [12] [13] [14]。不难想象，由MoS 2和MoO 2形成的混合层结构也将具有广阔的应用前景。本文我们通过CVD 法直接制备了六边形和四边形的MoS 2/MoO 2混合层结构，利用光学显微镜和SEM 确认了样品的形貌，并通过XPS 、EDS 和Raman 谱测试分析了样品的成分和结构。我们还尝试对该混合层结构的生长机理进行了分析探究。

2. 实验

图1是我们制备MoS 2/MoO 2混合层结构的单温区管式炉装置示意图。实验中，我们用MoO 3粉末(99.99%, Ourchem)和S 粉(99.95%, Aladdin)作为前驱体，用表面覆盖有500 nm SiO 2层的Si 片作为沉积衬底。将装有MoO 3粉末的瓷舟放置于管式炉的中心位置，装有S 粉的瓷舟放置于管式炉上游区域，S 粉的温度通过加热带单独控制。将清洗干净的两片衬底置于管式炉下游的不同位置，分别距MoO 3粉末2 cm 和15 cm 。开始加热之前，先用机械泵抽出石英管内的空气，使管内压强至0.14 Pa ，接着用Ar 气将石英管充满并抽气，如此重复三次，尽可能的排出石英管内的空气等杂质，最后通入流速为30 sccm 的Ar 气作为载流气体。随后以15℃/min 的升温速率使管式炉在62 min 内加热至950℃，并保持950℃恒温10 min ，其中当管式炉中心区域温度达到750℃时，开始用加热带以10℃/min 的升温速率对S 粉加热至200℃。恒温结束之后，炉子自然冷却到室温。

Figure 1. Schematic illustration of the MoS 2/MoO 2 mixed structure using CVD

图1. CVD 法制备MoS 2/MoO 2的混合层结构的装置示意图