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新型二维碳化钼材料的制备及器件研究

【摘要】:自从2004年,石墨烯的发现引起了对二维材料的极大关注,这将纳米材料的研究又向前推进一大步。其他类似的二维(2D)材料被相继发现,如Mo_2S、W_2S、Mo_2Se等等具有带隙的二维材料[1,2]。过渡金属碳化物是一大类既具有陶瓷材料性质又具有金属性质的新材料。一方面,它们具有高硬度、高熔点、高稳定性和在高温下具有良好的耐腐蚀性,良好的热冲击耐化学性。另一方面,他们显示出优异的催化活性,与贵金属相当并常用于许多反应。生长制备大面积高质量的过渡金属碳化物二维材料对于研究其性能,扩大二维材料家族成员有重要意义。本文通过CVD法制备了超薄的单晶Mo_2C,首先以Cu/Mo双夹片为基底,通入甲烷、氢气等作为原料反应气体,在Cu/Mo双夹片基底上生长二维Mo_2C材料。通过控制通入气体的流速、生长温度、生长时间等参数可控制备大面积高质量单晶 Mo_2C。然后,通过光学显微镜、XRD、拉曼、XPS、SEM、TEM表征手段对所制备的Mo_2C进行表征,结果表明CVD法制备的二维Mo_2C质量高,缺陷少。通过光学显微镜表征不同条件下生长的样品,获得Mo_2C生长的最优条件。最后,我们对单晶薄膜的人工转移方法和电学性能进行了系统的研究。首先,在Mo_2C薄膜表面涂上PMMA为保护层,在过硫酸铵溶液中除去铜,实现Mo_2C与基底分离,并转移至所需基底(Si、SiO_2、铜网等)上。同时,将Mo_2C转移至具有300nm厚的SiO_2层的掺杂Si上面,并通过微纳加工制备场效应结构器件。通过半导体测试仪Keithley4200-SCS的测试,测试结果表明Mo_2C具有优异的导电性以及导电能力可调节的特性。

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