第42卷第#期
2018年6月中国钼业
CHINA MOLYBDENUM INDUSTRYVol. 42 No. 3
Jun 2018
二维二硫化钼纳米薄膜材料的研究进展
李瑞东W，
张浩1，
潘志伟1，
白志英1，
孙俊杰1，
邓金祥1，
王建鹏3
(1.北京工业大学，北京100124)
(2.防灾科技学院，河北三河065201)
(3.河北省地矿局第七地质大队，河北三河065201)
摘要:作为过渡金属硫族化合物，二硫化钼具有可调带隙的二维层状材料，其特有的性质引起科研工作者的广泛
关注，在光电子领域有着广阔的应用前景。文章介绍了二硫化钼的结枸及其性质，以及常见的制备二硫化钼纳米
薄膜的方法。给出了表征二硫化钼纳米薄膜的常见手段。
关键词:二硫化钼;结枸和性质;材料制备;薄膜表征
DOI：10. 13384/j. cnki. cmi. 1006 -2602. 2018. 03. 002
中图分类号:Tg25.2+41 文献标识码:A 文章编号:1006 -2602(2018)03 -0006 -05
RESEARCH PROGRESS OF
2D TRANSII^ION METAL DICHALCOGENIDES
LI
Rui-
dong1，2,
ZHANGHao1，PAN
Zhi-
wei1，BAI
Zhi-
ying1，
SUNJun-
jie1，
DENG
Jin-
xiang1，WANG
Jian-
peng3
(1.
Beijing
University
of
Technology，Beijing 100124，
China)
(2.
Institute
of
Disaster
Prevention，Sanhe 065201，
Hebei，
China)
(3.
No. 7
Geological
Brigade，Hebei
Geology
and
Mineral
Exploration
Bureau，Sanhe 065201，
Hebei，
China)
Abstract
:
As
transition
metal
dichalcogenides，
M0S2
is
two-dimensional
layered
material
with
tunable
band
gap.
Its
unique
nature
has
attracted
the
attention
of
researchers
and
it
has
a
wide
application
prosj^ect
in
the
field
of
optoe
lectronics.
The
structure
and
property
of
molybdenum
disulfide
were
introduced
，and
the
common
metliods
for
pre
paring
molybdenum
disulfide
nano-films
were
presented.
Meanwhile，the
common
met!iods
of
characterizing
molyb
denum
disulfide
nano-films
were
given.
Key words
：
molybdenum
disulfide ；
structure
and
property；
preperation
of
material；
0引言
二维材料是指由单原子层或少数原子层构成的
晶体材料，其概念可以追溯到十九世纪初期。二维
材料的稳定性问题一直困扰着研究者们。直到
2004年，
Novoselov和
Geim[1]首次制备出了稳定存
在的二维石墨烯，证明了二维材料可以单独存在。
石墨烯的发现，在固态电子学中诞生了一种原子级
薄材料的新兴研究领域。但由于石墨烯几乎没有带
隙，极大地限制了其在光电子学中的应用[2-3]。为
此，广大科研工作者们努力寻找其他可以替代石墨
烯的材料。近年来，具有二维层状晶体结构的无机
化合物的研究不断取得新进展，大大激发了研究者
们的研究热情。截止目前，人们发现了几十种性质
截然不同的二维材料，涵盖了绝缘体、半导体、金属
收稿日期:2〇18 -03 -02;修订日期:2018 -03 -28
作者简介:李瑞东（1982—),男，防灾科技学院讲师，北京工业大学
在职博士研究生，主要从事新型半导体薄膜材料与器件
的研究。E-mail :liruidong_hit@163. com等不同的属性（图
1 )[4]。列举了一些典型的二维材
料的晶体结构和性质。按照电学性质将二维材料分
为导体、半导体和绝缘体。相应材料的超导临界温
度和带隙的范围也在图中标出。图1所列的仅仅是
二维材料家族中的冰山一角[4]。
作为一种半导体，二维材料由于其超薄的特性
及良好的电学性质而在纳米电子学器件领域中得以
广泛应用[5-7]。在二维材料中，石墨烯由于具有高
迁移率等优良的物理性质而吸引了广大研究者的研
究，但是由于其零带隙的特点而使其应用受到限
制[8_10]。过渡金属硫族化合物具有独特的夹带结
构，随着层数的减少，带隙能量越来越大，其中，以二
维层状二硫化钼（
m〇
S2 )为代表的二维过渡金属硫
化物由于具有天然的可调带隙而引起广大研究者的
广泛关注。目前，过渡金属硫族化合物在横向和纵
向异质结方面显示出新奇的物理现象[11_13]，二硫化
钼已经在场效应晶体管、存储器、发射器等方面广泛
研究。二硫化钼是一种带隙能量在1. 2 ~ 1. 8
eV的
层状半导体材料，它的物理性质严重依赖于
厚第42卷第3期
度[14_15]。比，随着二硫化钼厚度的下降，已经观 合成高质量原子层二硫化钼仍然具有一定的困难，
察到它的光致发光现象 增强[15]。 而，大范围 有待进一步研究。
2H
-二硒化铝1T
-二硫化钽铝锶钙铜氯铁硒石墨烯 硅烯 黑磷2H
.
100
图1二维材料大家族
1 二硫化钼结构和性质
1.1二硫化钼结构
二硫化钼由1个钼原子和2个硫原子组成。其
中，钼原子和硫原 键的形 合 构成
图2[16]所示的
S-
M〇-
S结构。
M:原子有最近
邻的6个
S原，
S原有3个最近邻的
M：原子。
两者形成三棱 配位结构，层与层之间存在微弱
的范德华力 ，每层之间的距离大约$65
nm。
M:原子与
S原间的相对位 异形成图2 (
b $所
示的3种晶 构。1.2二硫化钼的光学性质
二硫化钼薄膜拥有特殊的层状结构和能带结
构，这就使得 有独特的光 ，如荧光吸收和
发射等。这 将使二硫化钼薄膜在光电器
面具有广泛的 前景。
二硫化钼为 时，它是间接带隙半导体，
不会发生光吸收的 。随着二硫化钼薄膜越来越
薄，它的带隙也将发生 。当二硫化钼薄膜为单
原子层时， 隙构将从间 隙变为 隙，
它将变成导体。当二硫化钼薄膜为几层时，将现
出独特的光 ， 有的发光峰在625〜670
nm 处[见图 3(
a$][17]。Ghatak 等[18] 械剥离
的 备了二硫化钼纳米薄膜，在
L#2 波长的
激光激发下，成功采集到了二硫化钼薄膜特有的光
发射图谱，在625〜670
nm处出现了二硫化钼薄膜
的特征峰见图3(
b)。
图2 M〇S2的三维结构（a)和3种晶体结构（b)[16]
(a)-紫外吸收图[17];(b)-光致发光图[18]
1.3二硫化钼的电学性质
图4(
a)为二硫化钼的简化能带图[19]。体材料
的二硫化钼属于间 隙半导体， 跃迁 为
非垂直跃迁，如图4 (
a$中的③所示，随着层数的减，隙宽度变宽，当为单层时， 间跃迁带隙
宽度大于 隙宽度， 跃迁 在①、②两
垂直跃迁，带隙宽度为！ = 1. 92
eV[20]，现
隙半导 的
。