二硫化钼的结构与性质作者：来源：《中国科技纵横》2018年第24期•Mo图1二硫化钳结构示意图⑶图2二硫化相块体（左）与单层二硫化钳薄膜（右）的能带结构⑶0.20-0.2MK1屈3单IWoS蒲障匚目D法制备垂畸宾呂示療宙Thickness(L)图4不同厚度MOS2的A^(A)和E寫(口)振动模式频率(左轴｝以及它们的差值(O,右轴)冏摘要：近年来，二硫化钼被越来越多的应用于半导体领域。二硫化钼有着许多特殊的性质，特别是当二硫化钼由块体转为单层时，能带结构由间接带隙变为直接带隙，带隙宽度约1.9eV。相较于单层石墨烯的零带隙来说，单层二硫化钼弥补了其在能带结构方面的不足，拓宽了二维半导体材料的应用范围。单层二硫化钼因其特殊的晶体结构和能带结构，在光电子、微电子等领域有着良好的应用前景。关键词：二硫化钼；二维层状结构；能带结构；光电性质中图分类号：TB383.1文献标识码：A文章编号：1671-2064(2018)24-0254-03二硫化钼属于过渡族金属二硫化物，即transitionmetaldichalcogenide，缩写为TMDC。TMDC的化学式可写为MX2，其中M代表第IV族Zr、Ti、Hf，第V族V、Nb、Ta和第VI族元素Mo、W等元素，而X代表S、Se、Teo分层过渡金属硫化物是一类重要的二维材料,包括三种属性：金属性、半金属性和半导体性。二硫化钼是一种典型的分层范德瓦耳斯材料,具有半导体特性⑴。本文主要阐述二硫化钼的能带结构、光电特性以及单层二硫化钼的制备与检测等内容。1二硫化钼的结构与性质(L.EQ)aou巴世p&U岁balt(-luo)&u0nba4=盏0>dIkB1.1晶体结构二硫化钼块体具有八面体配位的四方晶系（1T）、钼原子三棱柱配位的六方对称晶系（2H）和斜方对称晶系（3R）三种晶体结构，其中最稳定最常见的状态是六方对称结构。在二维二硫化钼薄膜中，既存在钼原子三方柱面体配位的1H结构，也存在八面体配位的1T构型，其中最稳定的是1H构型［2］。单层二硫化钼由S-Mo-S三层原子构成［3］,如图1所示，夹层每个S原子和中间层的三个Mo原子通过共价键结合，中间层每个Mo原子通过共价键与两个夹层的六个S原子相结合，在二硫化钼层内具有很强的平面化学键,保证了二维材料的稳定性。由于二硫化钼层与层通过范德瓦尔斯力结合，层间距约为0.65nm，耦合作用很弱，因而很容易被分离成独立的单层材料。对于二硫化钼块体或多层材料,即使很小的剪切力也可以导致分子层间发生滑动,因此常用做高级固体润滑剂。1.2能带结构和光电特性根据导电能力的不同,材料可分为导体,绝缘体,半导体,其中绝缘体与半导体都存在带隙（价带顶与导带底之间的禁带）,主要区别为绝缘体的禁带较宽,常温条件下几乎不导电,而半导体材料的禁带宽度较小，一般低于3eV,在常温下已有部分电子可以被激发跃迁到导带,同时在价带形成空穴,具有一定的导电能力［4］。二硫化钼块体和单层二硫化钼薄膜能带结构图如图2所示［3］,从二硫化钼块体能带结构图可以看出，价带顶和导带底对应的波矢k值不同，即具有不同的动量（hk）,意味着电子在跃迁过程中不仅发生能量的变化,还发生动量的变化,这种动量的变化以释放或吸收声子（即晶格振动）的形式体现,该种半导体类型称之为间接带隙半导体。二硫化钼块体材料表现出典型的间接带隙半导体特性,有激子吸收,但不存在光致发光效应,禁带宽度为1.2eV。二硫化钼块体材料逐层减薄，当小于100nm时，层间耦合作用不断减小，由于量子限制效应，带隙逐渐增大。从单层二硫化钼能带结构图可以看出价带顶和导带底对应的波矢k值相同,电子跃迁表现为直接跃迁,即跃迁过程中只有能量发生变化,动量不变,这种跃迁只需要光子的参与,而不需要额外的声子,因此更容易发生,量子效率更高［5］。单层二硫化钼薄膜表现为直接带隙半导体，带隙宽度为1.9eV［6］。二维二硫化钼克服了石墨烯零带隙的不足，可以有较低的截止电流,高开关比,在半导体器件领域有更广泛的应用。二维二硫化钼可以通过吸附不同的分子来实现带隙的调控［7］,及其特殊的层状结构,使其在光致发光、光吸收等方面有着独特的物理特性,从而在光电领域也有巨大的应用潜力［1］。,而,所以,对于单层二硫化钼,当光子能量时,即光波长时,光子被吸收,当光波长,光透过或散射。2二硫化钼的制备与检测2.1单层MoS2的制备研...
