原子层可控的二维MoO2制备及其光、电特性研究

Two-dimensional (2D) materials and devices have attracted great attention in the recent years. Based on our previous work on synthesis and optoelectronic property of low dimensional nanostructures, this project focuses on the controlled synthesis and optical/optoelectronic property of 2D MoO2 with controlled atomic layers. The energy band structure will be investigated by photoluminescence and time-resolved spectra. Moreover, the dependent relationship between band gap, band type and number of layers will be determined. The nanodevices of 2D MoO2 with different atomic layers will be fabricated. The dependent relationship between the device performance and layers will be explored with semiconductor parameter analyzer and measuring system of spectral response. Meantime, we will obtain optimized electron mobility, on-off ratio of transistors, and photoresponse wavelength, external quantum efficiency, response time of photodetectors. These high performance 2D MoO2 nanodevices will find important and extensive application in electronics and optoelectronics fields.

开发探索新型二维材料及其器件是近几年的研究热点。本项目着眼于我们在低维纳米结构的合成与光电性能等方面的工作积累，进一步研究原子层可控的二维MoO2制备及其光子学/光电子学特性。通过微区光致发光和时间分辨光谱研究，分析能带结构，确定禁带宽度和带隙类型与MoO2原子层数之间的依赖关系。构建不同原子层数下的光电探测器和晶体管器件，利用半导体参数分析仪和光谱响应测量系统对晶体管特性和光电响应特性与MoO2原子层数间的内在关系进行研究。以期获得二维MoO2晶体管的最高的电子迁移率和开关比，以及最优响应波长下光探测器的外量子效率、灵敏度、响应时间等，实现高性能的纳米电子和光电子器件，为二维材料应用于电子和光电信息领域奠定基础。

近年来，类石墨烯二维材料因其新奇的光、电性质引起了大家的广泛关注，该项目以氧化钼作为研究对象，取得了如下研究成果：. 1.利用化学气相沉积法合成了厚为5~10 nm的高质量超薄MoO2纳米片。并对该MoO2纳米片的热稳定性和电学特性进行了研究。实验发现该结构在高达503K温度下依然有良的热稳定性。同时，该结构有高达200~475 S/cm的电导率，这一值远高于黑磷等二维结构。以上研究结果意味着该超薄纳米片在透明电极等领域有巨大潜在的运用价值。. 2.基于前期合成的MoO2超薄纳米片，拉曼光谱偏振特性测试表明该结构偏振拉曼光谱强烈依赖于激发光波长和样品厚度。从而证明该超薄纳米结构面内有强烈的波长依赖光学吸收、电子−光子，电子−声子相互作用以及各向异性声子极化。此外,该纳米结构有高达10.1强烈的各向异性电导率比，如此高的电导率比在先前二维材料中还未曾报道过。该项研究为m-MoO2在各向异性等离子和人工突触领域的应用打下基础。. 3.通过二次氧化前期制备的MoO2超薄纳米片合成了MoO3/MoO2复合纳米结构。实验发现随着氧化时间延长，表面MoO3的粗糙度逐渐增加，且对表面亚甲基蓝分子有明显的拉曼增强特性。最大增强因子高达1.4x105，最低探测浓度达10-9 mol/L。该研究为氧化钼表面增强拉曼特性提升提供了一个新的策略。