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研究生: 林畊佑
Lin, Geng-You
論文名稱: 電場調控單層二硫化鉬的激子-聲子耦合現象
Electric Field Control of Exciton-Phonon Coupling in Monolayer Molybdenum Disulfide
指導教授: 陸亭樺
Lu, Ting-Hua
藍彥文
Lan, Yann-Wen
口試委員: 陸亭樺
Lu, Ting-Hua
藍彥文
Lan, Yann-Wen
陳美杏
Chen, Mei-Hsin
口試日期: 2023/12/14
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2024
畢業學年度: 112
語文別: 中文
論文頁數: 52
中文關鍵詞: 激子聲子二硫化鉬
研究方法: 實驗設計法準實驗設計法
DOI URL: http://doi.org/10.6345/NTNU202400360
論文種類: 學術論文
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  • 大多數的半導體材料,例如矽,在存在電場的情況下其光學性質不會有顯著變化。這使得具有大電光響應的材料(例如鍺和砷化鎵)與矽的CMOS製造集成變得困難。然而,在石墨烯等二維材料中,因其特殊的能帶結構和零能隙的特性,電場效應可以引起顯著的光吸收變化,但是由於石墨烯在可見光頻率下缺乏能隙,因此其在實際應用中存在一定的限制。
    單層二硫化鉬(MoS2)是一種最為廣泛研究的二維材料之一,由一層鉬原子和硫原子組成。與半金屬石墨烯不同,單層二硫化鉬(1H-MoS2)是一種具有1.85電子伏特直接能隙的半導體材料,因此在可見光範圍內具有光學活性。我們製備了單層二硫化鉬元件,並研究了在外部藉由離子凝膠施加外加電場時其光學性質的變化。
    通過對單層二硫化鉬材料施加外部電場,我們可以實現光致發光量子產率和吸收係數的控制。這意味著我們可以通過調節外部電場來調節二硫化鉬材料的光學響應,從而實現在可見光範圍內的電控制光學元件的應用潛力。此研究為利用二硫化鉬這種具有特殊光學性質的二維材料在光電子學和光子學領域中的應用提供了新的可能性。

    第一章 1 緒論 1 1.1實驗動機 1 1.2電子能階轉換與光譜量測方法 2 1.2.1電子能階轉換 2 1.2.2光譜量測方法 3 1.3二硫化鉬的聲子振動模式 4 1.3.1二硫化鉬的晶格結構 4 1.3.2二硫化鉬的聲子分布 6 1.4二硫化鉬的拉曼張量 9 1.5二硫化鉬的電子-聲子和激子-聲子交互作用 10 1.5.1電子-聲子交互作用 10 1.5.2激子-聲子交互作用 11 1.5.3兩種交互作用的關聯性 12 1.6 光致發光的基本原理和機制 13 1.7 二硫化鉬在光致激發下的發光行為 14 1.8 二硫化鉬光致發光光譜的特性和分析方法 16 1.9 外加電場與光致發光光譜和拉曼光譜的關聯性 17 第二章 18 儀器介紹與製程方式 18 2.1製程儀器介紹 18 2.1.1化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition) 18 2.1.2 旋轉塗佈機(Spin Coater) 19 2.1.3 可見光微影系統(Visible Light Lithography System) 20 2.1.4 熱蒸鍍機(Thermal Evaporator) 21 2.2量測儀器介紹 22 2.2.1拉曼光譜量測系統(Micro Raman spectroscopy) 22 2.2.2電性量測系統(Electrical measurement) 23 2.3製成步驟 24 2.3.1二硫化鉬製備 24 2.3.2 二硫化鉬轉移 25 2.3.3電極設計 26 2.3.4離子凝膠調配與應用 27 2.3.5元件設計 28 第三章 30 實驗結果呈現與討論 30 3.1實驗動機 30 3.2單層二硫化鉬在532nm綠光 / 633nm紅光激發下的拉曼光譜受電場環境的影響 30 3.2.1在532nm 綠光激發下的拉曼光譜受正電場的影響 30 3.2.2在532nm 綠光激發下的拉曼光譜受負電場的影響 32 3.2.3在633nm 紅光激發下的拉曼光譜受正電場的影響 34 3.2.4在633nm 紅光激發下的拉曼光譜受負電場的影響 36 3.2.5 Off resonance (532 nm) vs On resonance (633 nm) 38 3.2.6對於費米能階的調控 39 3.2.7調控費米能階對拉曼造成的影響 39 3.2.8 Off resonance與On resonance在不同載子濃度對拉曼造成的影響 40 3.3單層二硫化鉬在532nm綠光 / 633nm紅光激發下的光致發光光譜受電場環境的影響 40 3.3.1在532nm綠光激發下的光致發光光譜受正電場的影響 40 3.3.2在532nm綠光激發下的光致發光光譜受負電場的影響 42 3.3.3在633nm紅光激發下的光致發光光譜受正電場的影響 44 3.3.4 在633nm紅光激發下的光致發光光譜受負電場的影響 46 3.3.5 相空間填充效應(Phase-space filling effect) 48 3.3.6 Off resonance與On resonance在不同載子濃度對光致發光造成的影響 49 第四章 50 結論 50 參考文獻 51

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