摘要
利用射频磁控溅射技术在不同参数条件下制备二硫化钼（MoS2）薄膜，通过合理控制溅射参数，实现了对薄膜结构和性能的调控。利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪（Raman）和X射线光电子能谱仪（XPS）等对薄膜的表面形貌、结构和组分进行了表征，利用紫外-可见光光谱仪（UV-Vis）、荧光光谱仪（PL）、霍尔效应测试仪和摩擦材料试验机等对薄膜的性能进行了测试、分析。重点研究溅射功率、沉积压强和退火温度对MoS2薄膜组分、结构和微观形貌的影响，探索薄膜制备工艺参数、微观结构与其性能之间的内在关系，主要研究结果如下： 1．研究了溅射功率对MoS2薄膜结构和摩擦性能的影响。结果表明，随着功率增加，薄膜的结晶度逐渐提高，晶粒尺寸先增大后略有减小，摩擦系数则先减小后增大。300W沉积的薄膜，表面致密平滑，晶粒分布均匀，摩擦系数相对最小，约为0.0863。这主要归因于光滑的表面使得初始摩擦系数较小，当大尺寸晶粒脱落时会提供滑动摩擦，降低了摩擦系数。 2．研究了沉积压强对MoS2薄膜结构和光学性能的影响。结果显示，随着压强的增大，薄膜结晶度和光学带隙均呈现先增后减的趋势，且光学带隙在1.58~1.64eV内变化。1.0Pa沉积的薄膜结晶度最高，平均晶粒尺寸30.35nm，光学带隙为1.67eV。同时发现，薄膜中微量的MoO3杂质、MoS2分子内较大的电负性差使得薄膜易产生缺陷，这些缺陷附近的激子能量较低，其周围能带受到调制。 3．制备了大面积的MoS2薄膜，并对其进行了高温退火处理，研究了退火温度对薄膜电学特性的影响。研究表明，随着退火温度的升高，MoS2薄膜的结晶度逐渐增大，费米能级向价带移动。当退火温度超过900℃时，薄膜的霍尔迁移率和载流子浓度分别为4.40cm2/Vs和125.06×1020cm-2，载流子类型从n型转换为p型。分析发现：MoS2薄膜电传输的各向异性，导致在高温下其霍尔系数在负值与正值之间转换；结晶度升高增强了晶界处的接触并影响自由电子的传输；高温退火导致更多S空位出现，使得空穴传输成为薄膜的主要导电载体。
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