一篇关于NiobiumDisulfide的科研报告|163

此文为高中生参加MIT物理科研的科研报告

本文为翻译版本

Electronic Properties

of Niobium Disulfide

二硫化铌的电子性质

Research Paper

摘要文本在这里。

摘要应为一个段落，以总结文章的内容。

介绍

作为当今二维材料的先驱，石墨烯吸引了材料科学家的广泛兴趣，专注于二维过渡金属二硫属元素化物（TMDC）。

这是由于其引人入胜的电，光和机械性能而发生的。NbS2（二硫化铌）是一种金属TMDC导体，它

它是2D半导体作为电极的绝佳接触材料，此外，它本身也可以是半导体。

有研究表明该材料具有超导类性能。它可以用于集成电路等各种领域。因此，由于NbS2的厚度，透明度和电子特性，因此很容易想到其在电子产品中的用途。

化学

二硫化铌的化学结构非常有趣，根据NbS2的经验式和结构式，该元素在化学上很简单。但是在检查了结晶的NbS2的结构后，由于它具有使价电子自由移动的能力，因此可以定义为具有很高的电导率。

根据图1.1，双价共价键的硫原子与铌键合，键角为180度。但是由于铌原子的价壳仅包含一个电子，这意味着单个NbS2分子将不稳定，因此在制作NbS2膜时，它将形成如图1.2所示的分子结构。这种键合和结构将赋予薄膜共价级键合强度。

完整的产品膜将使产品处于如图1.3所示的不同阶段，在所有阶段中，3R阶段是组成最稳定结构的阶段。

图1.1：NbS2单分子黄色是硫磺灰色是铌

图1.2：3NbS2的结构黄色是硫灰色是铌

图1.3：用于NbS2合成的CVD系统的图示

化学气相沉积

化学气相沉积（CVD）是用于生产具有高性能和高质量特征的薄膜的方法之一。在合成过程中，会生成副产物，但会通过泵入管中的气体将副产物带走并与产物分离。

通常根据产生的副产物选择气体，并且不会影响产物的纯度。图2.1提供了一个详细的示例，

由于提供了NbCl5和硫磺并将其放置在石英管内，因此将这些区域分开加热，以使形成产物的反应最大化。氢气和氩气被引入管中，产生气流，将副产物带走。

NbS2的电子性质

NbS2的电子性质非常有趣。由于其超导电性和与MoS2 FET的近无障碍接触。

测量技术/技术

为了测量和观察NbS的纯度，在此过程中使用了几种方法。设备的方法说明如下：

X射线光电子能谱：

XPS用于根据光电效应检查元素的组成，该效应使用X射线辐射化合物和化合物将释放光子，并且基于特定元素，光子将具有不同的动能和不同的结合能，将给出有关化合物中哪个元素的信息。

在图中给出的代表曲线的峰基于结合能的x轴和强度的y轴。

拉曼光谱：

拉曼光谱法是一种用于观察低频振动类型的技术。

系统中的模式。在化学中通常用于识别分子。它的原理是基于单色光的非弹性散射，通常是可见光中的激光

光谱。

然后，激光将与分子的振动（分子振动），系统中的声子激发形式相互作用，从而导致激光光子上下移动。

位移给出了系统的振动模型。

透射电子显微镜：

TEM通过发射电子束起作用穿过材料的样品，当电子束穿过样品时，电子与样品的相互作用就形成了图像。

缺陷（一般）

在TMD材料中可以发现缺陷，例如零维缺陷，一维缺陷和二维缺陷（图3.1）。

这些缺陷是结构缺陷，将影响TMD材料的化学和物理性能。存在通过非故意的方法来产生这种结构缺陷的方法，诸如通过诸如由于CVT或CVD引起的原子空位而产生结构缺陷，以及通过在合成后进行的诸如等离子体处理和高温退火的故意方法。

CVT是合成TMD晶体的最适合的方法。在CVT的过程中，由于整个过程的持续时间和大约1000摄氏度的高温，当生长TMD晶体的产品时，产品的纯度就足够了。

TMD的结晶度通常具有很高的完整性。这表明产品基本上不受运输介质的污染。此外，基于示例，由剥落的TMD薄片制成的FET（场效应晶体管）表示n型或p型行为，这表明沟道材料并非无缺陷。硫属元素的空位和倒置域可以在合成的CVT晶体中观察到。

意味着每个TMD片状剥落片都自然包含边缘，因此与内部区域相比，原子结构和化学性质在外部区域存在差异。CVT在合成合金TMD晶体方面也很强大。但是具有长的生长时间和高的生长温度的缺点，生长的晶体通常加工出高均匀性。

例如，钼（Mo）钨（W）晶体在整个晶体中显示出均匀的Mo和W原子（见图3.2）。与CVD合成不同Mo和W晶体，如图（图3.2所示）所示，并且组成梯度形成对比（图3.2 b-d所示）。

图3.1：二维TMD中的缺陷概述。（a）典型的零维缺陷，例如空位，原子，掺杂物，正方形和八边形。（b）典型的一维缺陷，例如晶界，边缘和相界面。（c）典型的二维缺陷，例如折叠，起皱，滚动，波纹和垂直堆叠的异质层

图3.2：缺陷的原位生成。（a）光学图像显示CVD生长的单层MoS2 /横向异质结构中的1D界面。（b）光学图像显示合金MoxW1-xS2三角畴具有不均匀的光学对比度。

在（c）中显示了MoS2-E'模式强度，在（d）中显示了该三角形上的拉曼图。（e）均匀Mo0.5W0.5S2合金单层的ADF图像。（f）在大气压下通过CVD生长的分离的WS2单层结构域的PL图。（g）数字照片显示通过低压在CVD上生长的准连续大面积WS2膜。（h）示意图和（i）垂直MoS2 / WS2异质结构的二维图像，该结构具有通过850°C CVD生长的二维界面。（在650°C下通过CVD生长的具有一维界面的面内MoS2 / WS2异质结构的示意图和（k）光学图像。

一个表示异质结构表示清晰的相界。但是对于具有梯度的晶体，很难观察到相界。此外，CVT生长的TMD在结构上具有随机分布的S和Se原子，但是对于CVD生长的晶体，它可以是任何均质合金，非均质合金或作为缺陷分布的相分离异质结构。

简而言之，可以说CVT可以使点缺陷均匀，分布，更重要的是，可以通过调整反应物的初始装载量来微调点缺陷的密度。与CVT相比，CVD需要更低的温度和更少的操作时间。

因此，由于采用较温和的方法来生长TMD，该方法会产生大量缺陷，这些缺陷可以在CVD生长的TMD中生成和设计。

这表明，例如，通过调节硫蒸气的流量，畴边缘的取向和光学性质可以容易地控制CVD生长的TMD中的缺陷，并且可以控制硫空位的总体密度。基于理论，还可以控制平均晶粒尺寸以及晶界密度。

通过在合成MoS2 / WS2异质结构期间调节生长温度，可以选择性地生成2D或1D界面（分别为图3.3 h和i）。与CVT不同，CVD采用两步生长法，第二步提供了更大的自由来改变起始材料的性能。

当需要足够不同的生长条件或前体时，两步生长在第一步和第二步具有其全部优势。两步法生长的一个例子是部分硫化CVD二硒化物，CVD二硫化物的部分硒化和通过原位转换前驱物形成侧向结。另一个值得注意的

CVD的特点是所得材料的性能在很大程度上取决于基材的选择。这个已知行星上的大多数事物通常都有对应物，因此，对于TMD中缺陷的原位生成，将在TMD中存在异位缺陷。它强调了合成后缺陷的可能性工程。

有缺陷的TMD的特性

TMD缺陷的性质包括电子，光学，振动和化学性质。由于缺少NbS2缺陷工程方面的资源，下面列出了所有上述内容并进行了深入说明，因此这些属性将在MoS2上进行，这是一种相似的材料。

电子：

TMD的电子特性也很有趣，由于TMD的独特性能，薄膜会受到缺陷的影响。因此，TMD的性能取决于材料的质量，厚度，基板，触点，环境和表面功能化。关注内在结构缺陷的影响

关于运输特性。