두께가 다른 2차원(2D) 직사각형 및 육각형 이산화 몰리브덴 나노시트에 대한 비교 연구

초록

이산화 몰리브덴(MoO₂ ) 일종의 반금속 재료는 높은 융점, 우수한 열 안정성, 큰 표면적 대 부피 비율, 고밀도 표면 불포화 원자 및 우수한 전도성과 같은 많은 고유한 특성을 나타냅니다. 2D 나노시트의 구조적 유형과 광전자 특성 사이에는 강한 연관성이 있습니다. 여기서, 가늘고 두꺼운 MoO₂의 직사각형 및 육각형 2D 나노시트는 MoO₃에서 성공적으로 준비되었습니다. 실험 매개변수를 변경하면서 2구역 화학기상증착(CVD)을 사용하여 분말을 제조했으며, 이렇게 제조된 나노시트는 명시야 현미경에서 다른 색상을 표시했으며 마진과 매끄러운 표면을 가지고 있습니다. 파란색 육각형 및 직사각형 MoO₂의 두께 나노시트는 각각 ~ 25 nm 및 ~ 30 nm인 반면 주황색 나노시트의 일반적인 두께는 약 ~ 100 nm입니다. 비교 분석 및 조사가 수행되었으며 혼합 결정 상이 두꺼운 MoO₂에서 식별되었습니다. 라만 분광법을 통해 주요 매트릭스로. 처음으로 두꺼운 MoO₂에서 얻은 방출 밴드 반금속 및 반도체의 특별한 특성을 나타내는 음극선 발광(CL) 시스템을 통한 나노시트; 그러나 얇은 나노시트의 경우 CL 방출이 감지되지 않았습니다. 얇은 MoO₂의 전기적 특성 형태가 다른 나노시트를 비교하였고, 둘 다 다양한 금속 특성을 보여주었다. 얇은 직사각형 나노시트의 저항은 ±0.05V에서 ~ 25Ω인 반면 ±0.05V에서 64Ω은 육각형 나노시트에 대해 보고되었으며 직사각형 나노시트에서 육각형 나노시트보다 저항이 더 작은 것으로 관찰되었습니다.

소개

현재까지 그래핀, 전이금속 디칼코게나이드, 안티몬, 흑린, Mo₂ 등 다양한 2D 물질이 합성되었습니다. C, 및 h-BN [1,2,3,4,5,6]; 독특한 특성과 2D 재료 기술 제조 가능성이 풍부하기 때문에 새로운 유형의 광전자 장치에 대한 놀라운 잠재력을 보여줍니다[7]. 확실히, 특정 2D 재료 중 일부는 제로 밴드 갭, 낮은 흡수 효율, 개방 대기에서의 불안정성과 같은 단점이 있으며 이상적인 나노 스케일 장치를 제조하는 데 어려움이 있습니다. 이러한 과제를 극복하기 위해 전이 금속 산화물(TMO)은 높은 전도성, 압전성, 거대한 자기 저항, 개방 환경에서의 더 나은 안정성 및 초전도성 등을 보유한다는 점에서 효과적인 2D 재료로 밝혀졌습니다[8,9,10]. 이산화 몰리브덴은 세 가지 결정질 다형 형태를 갖는 전형적인 TMO 물질입니다. 육각상(P6₃ /mmc ) [11], 정방정상(P4₂ /으음 ) [12] 및 단사정(P2₁ /c) [13], 또한 MoO₆를 포함하는 부분적으로 금홍석 구성[14]을 소유합니다. , 단위 셀의 가장자리에 있는 산소 원자를 통해 8면체로 연결된 Mo는 4개의 MoO₂를 포함합니다. 두 개의 단위 셀에 반대되는 단위 [15, 16]. 산화 몰리브덴의 특성은 결정 구조에 크게 의존한다는 것은 잘 알려져 있습니다. 특히 MoO₂의 루틸 구조 금속과 같은 우수한 전기 전도성[12], 낮은 전기 저항률, 높은 융점[17, 18], 손쉬운 이온 수송[19] 및 우수한 화학적 안정성[20]을 보유하기 때문에 흥미롭습니다. 그것은 다양한 원자간 결합과 비교적 페르미 수준에서 상태의 최상위 밀도 이상과 상호 관련되어 있습니다. 자유 전자의 존재는 Mo⁴⁺ 를 생성합니다. MoO₂에서 Mo⁶⁺ 세대와 대조 MoO₃에서; 따라서 몰리브덴 금속의 모든 원자가 전자는 가장 가까운 산소 원자에 공유 결합됩니다[21, 22]. Mo 원자가의 작은 변화는 산화 몰리브덴의 물리적 특성에 상당한 변동을 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 다양한 물리적 특성을 가진 다른 산화물의 화합물을 얻는 것이 가능합니다[23, 24].

따라서 원하는 합성 기술에서 다양한 매개 변수를 변경하여 제품의 결정도, 모양 및 크기를 원활하게 얻을 수 있습니다. 예를 들어, Spevack et al. 얻어진 단사정 구조 MoO₂ (P2₁ /c) ɑ-MoO₃에서 열 감소 방법 [25]. Alveset al. 다양한 온도에서 전자적 및 구조적 전이를 보고했으며 결과적으로 단결정 MoO₂의 열팽창, 열용량 및 전기 저항을 증가시켰습니다. [26]. Jacob et al. MoO₂의 변형 설명 고온에서 변형된 루틸 구조의 변형과 함께 특정 온도에서 발생하는 상전이(P 2₁ /ㄷ ) 육각형 루틸 구조(P 4₂ /으음 ) [27]. 또한, 산화 몰리브덴 물질의 전자 구조 및 특성은 두께에 따라 다양하며[16], MoO₂ 나노구조는 전기화학 슈퍼커패시터[28], 촉매작용[18], 감지[29], 에너지 저장[30], 전기변색 디스플레이[31] 및 에너지 변환 체제[32]에서 널리 사용되어 왔습니다. [24]. 또한 다양한 형태의 합성을 위해 다양한 방법이 사용되었습니다. MoO₂ 뛰어난 속성의 달성을 위해. MoO₂ 반 데르 발스 결정 특성이 없으므로 대량에서 층으로 박리될 수 없습니다. 대부분 MoO₂ 열수 및 용매열 경로[11], 몰리브덴산염의 열분해[33], 고체 환원 반응[34] 및 나노입자[36]와 같은 다양한 형태를 갖는 전기방사[35]와 같은 다양한 기술에 의해 전구체로부터 합성되었습니다. 나노와이어[31], 나노로드[28], 나노스타[28], 나노시트[37], 중공[38], 메조포러스 입자[39]. 그러나 이러한 방법론은 입자의 표면 형태와 크기를 제어하는 데 효과적이지 않은 것으로 나타났습니다[22].

2차원 MoO₂ 얇고 잘 균질한 표면 형태를 가진 나노시트는 높은 금속 전도성, 완벽한 화학적 안정성 및 2D MoO₂ 가능에 적합하다고 간주되었습니다. 나노시트는 다양한 전자 구조 및 나노 규모 장치에서 2D 재료의 통합을 위해 유망한 것으로 간주됩니다[40]. 여기에서 우리는 SiO₂에 지지된 2차원(2D) 직사각형 및 육각형 산화 몰리브덴 나노시트의 비교 연구 및 합성을 제시했습니다. CVD 기술을 통한 포스트 어닐링 처리가 없는 /Si:두 가지 유형의 초박형 MoO₂ 다양한 두께의 나노 시트가 성공적으로 준비되고 Raman, AFM 및 CL 및 I-V 특성화에 의해 특성화되었습니다. 산화 몰리브덴의 전기적 거동은 두께와 산화물 상태에 따라 반금속에서 와이드 밴드갭 반도체까지 다양합니다. 시간 조정은 증착, 두께를 제어하고 하위 산화물 상태를 결정합니다[41]. 산화물의 상 안정성, 범위 및 혼합물에 대한 통찰력은 산화 몰리브덴 나노시트를 이해하는 데 중요할 뿐만 아니라 광전자 응용 분야를 위한 다른 TMO에도 중요합니다[42].

방법/실험 섹션

육각형 MoO의 합성₂ 나노시트

육각형 이산화 몰리브덴의 합성 (MoO₂ ) 전구체의 나노시트 ~ 20mg의 MoO₃ 분말(99.95%, Alfa Aesar)을 도자기 보트에 있는 석영관의 한쪽 끝에 놓고 질소(N₂ ) 그림 1a와 같은 대기. 상위 SiO₂ /Si 기판을 초음파 처리를 통해 탈이온수, 아세톤, 에탄올, 이소프로판올로 순차적으로 세척하고 전구체 분말에서 3cm 거리에 깨끗한 기판을 배열합니다. 두 개의 열 블록이 석영 튜브 끝에 배치되었습니다. 가열하기 전에 석영 튜브를 N₂로 퍼지했습니다. (99.999%) O₂를 제거하기 위해 20분 동안 200sccm의 일정한 가스 유량에서 및 기타 오염 물질을 제거한 다음 운반 가스로서 유량을 20sccm로 줄였습니다. 왼쪽 가열 영역은 10°C min⁻¹ 의 속도로 480°C까지 설정되었습니다. 동일한 온도 상승 속도로 오른쪽 영역을 780°C로 설정하고 N₂ 존재하에서 20분 동안 유지하면서 온도 상승 환경. 반응 종료 후, 로를 실온으로 자연 냉각시켜 최종적으로 육각형의 MoO₂를 얻었다. SiO₂에 증착된 나노시트 /Si 기질.

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CVD 시스템의 개략 구성(적십자는 절연 영역을 나타냄). 아 육각형 몰리브덴 산화물. ㄴ 직사각형 몰리브덴 산화물

사각형 MoO의 합성₂ 나노시트

위에서 언급한 유사한 방식으로 직사각형 이산화 몰리브덴(MoO₂ ) 나노시트는 N₂에서 2구역 튜브로에서 성장되었습니다. 도 1b에 도시된 바와 같이 대기. 이 설정에서 열 블록은 튜브 중앙에 가깝게 배치되었습니다. 왼쪽 영역은 실온으로 설정하고 나머지 매개변수는 육각형 MoO2의 합성에 대해 설정한 대로 동일하게 유지했습니다. 나노시트, 직사각형 MoO₂ 성장 SiO₂의 나노시트 /Si 기질.

장치 제작

육각형 및 직사각형 MoO₂용 Ti(10nm)/Au(90nm)를 사용한 전극 제작을 위해 E-빔 리소그래피를 수행했습니다. 나노시트를 연락처로 사용합니다.

특성

AFM 이미지는 비접촉 모드에서 원자력 현미경인 Dimension Edge PSS(Bruker, Inc., Karlsruhe, Germany)를 사용하여 얻었습니다. SEM 이미지는 10.0kV에서 작동하는 Hitachi S-4800 현미경으로 기록되었습니다. 광학 사진은 광학 현미경(Olympus BX51M)으로 기록했습니다. 라만 스펙트럼은 공초점 라만 설정(분광계 Princeton Acton SP2500 기반)에 의해 획득되었습니다. 음극 발광(CL) 스펙트럼은 CL 측정 설정(Horiba Is-100-em-type2)으로 캡처되었습니다. 장치의 I-V 곡선은 마이크로 프로브 스테이션 시스템(Keithley 4200-SCS)으로 측정되었습니다.

결과 및 토론

직사각형 및 육각형 TMO의 나노시트 합성을 위해 다른 조건이 설정되었으며 그림 1과 같이 매개변수를 변경하면 다른 모양의 나노시트가 생성됩니다. 문헌은 CVD 성장 나노시트에 대한 몇 가지 가능한 반응 메커니즘을 제안합니다. 질소 가스 분자 중 일부는 관로에서 열 조사에 의해 특정 온도에서 이온화된 질소 분자로 변환되며, 이러한 이온화된 질소 분자는 $ {\mathrm{N}}_2^{\ast } $로 표시됩니다. . 원하는 온도에서 MoO₃ 분자 이온화된 $ {\mathrm{N}}_2^{\ast } $ 분자와 충돌하여 불활성 질소 가스 환경에서 일련의 가능한 반응을 생성합니다[44,45,46].

$$ \mathrm{e}+{\mathrm{N}}_2\to {\mathrm{N}}_2^{\ast }+\mathrm{e} $$ (1) $$ {\mathrm{M} }_{\mathrm{o}}{\mathrm{O}}_3+\left(\frac{x}{2}\right){\mathrm{N}}_2^{\ast}\to {\mathrm{ M}}_{\mathrm{o}}{\mathrm{O}}_{3-\mathrm{x}}+\mathrm{xNO} $$ (2) $$ {\mathrm{M}}_{ \mathrm{o}}{\mathrm{O}}_{3-\mathrm{x}}+\left(\frac{1-x}{2}\right){\mathrm{N}}_2^{ \ast}\to {\mathrm{M}}_{\mathrm{o}}{\mathrm{O}}_2+\left(1-\mathrm{x}\right)\ \mathrm{NO} $$ ( 3) $$ {\mathrm{M}}_{\mathrm{o}}{\mathrm{O}}_2+3{\mathrm{M}}_{\mathrm{o}}{\mathrm{O} }_3\kern0.5em \to {\mathrm{M}}_{\mathrm{o}4}{\mathrm{O}}_{11} $$ (4)

증발된 MoO의 구조₃ 분자는 N₂를 늘리거나 줄임으로써 다양한 형태의 나노시트로 변경될 수 있습니다. 가스 흐름 및 원하는 온도에서의 유지 시간[45]. 분자가 기질로 확산되는 동안 응집을 시작하여 다양한 종류의 일반 직사각형 및 육각형 MoO₂를 형성합니다. 시트.

그림 2a는 CVD로 제작된 육각형 MoO₂를 보여줍니다. 육각형 MoO₂의 솔루션 기반 합성보다 훨씬 우수한 나노시트 나노시트[47, 48]. 또한, 직사각형 MoO₂의 서로 다른 위상 구조 특정 제어 매개변수와 함께 CVD 기술을 사용하여 얻을 수 있습니다. 가열 영역의 온도, 열 블록의 위치 및 그림 2d와 같은 기판의 위치. 왼쪽 가열 영역의 온도를 480 ^° 로 고정 C는 육각형 MoO₂ 합성에 매우 중요했습니다. 나노시트. 육각형 MoO₂의 기본 메커니즘 나노시트는 온도 구배입니다. Xu, X., et al. 형태학적 변화의 높은 의존성은 열역학적 안정성과 상 사이의 격자 변형의 차이를 기반으로 하는 결정 성장 과정의 열역학 및 동역학 영향입니다[49]. 저온 및 고온 영역은 모두 육각형 나노시트의 제조에 중요한 역할을 합니다. 그러나 고온 영역의 온도 변화는 직사각형 MoO₂의 성장에 매우 효과적입니다. 나노시트. 또한, Wang, S., et al. 기판의 공간적 위치에 크게 의존하는 2차원 나노시트의 진화를 보고했다[50]. Yang, X., et al. 또한 규칙적인 나노시트 형태의 온도 의존적 성장을 보고했으며 첫 번째 원리 KMC 방법의 도움으로 화학 증기 메커니즘을 추가로 설명했습니다[51]. 두께가 다른 일부 파란색 및 주황색 육각형 및 직사각형 나노시트가 있습니다. 파란색 나노시트는 주황색 나노시트보다 얇으며 다른 2D 물질의 특성과 거의 일치합니다[52]. 혼합 색상은 보충 정보의 그림 S1 및 그림 S2와 같이 다양한 두께로 형성된 층상 나노 시트를 의미합니다. 나노시트의 두께는 합성 매개변수의 변화에 따라 주황색, 노란색, 파란색 순으로 단조롭게 감소했습니다. 그림 2b, e는 일반적인 육각형 및 직사각형 나노시트의 증폭된 SEM 이미지를 보여주며 매끄러운 표면, 명확한 여백, 고품질의 규칙적인 모양, 길이 10μm를 보여줍니다. AFM은 그림 2c, f에 표시된 것처럼 파란색 육각형 및 직사각형 나노시트를 각각 ~25nm 및 ~30nm 두께로 측정했습니다.

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아 육방정계 산화 몰리브덴 나노시트의 현미경 사진. ㄴ 육각형 산화 몰리브덴 나노 시트의 SEM 이미지, 스케일 바 2 μm. ㄷ 청색 육방정계 산화몰리브덴 나노시트의 AFM 결과. d 현미경으로 찍은 직사각형 몰리브덴 산화물 나노시트의 사진. 이 스케일 바 2 μm에서 직사각형 몰리브덴 산화물 나노시트의 SEM 이미지. 에 청색 직사각형 몰리브덴 산화물 나노시트의 AFM 결과

라만 스펙트럼은 성장한 MoO₂의 품질과 균일성을 조사하기 위해 획득되었습니다. 나노시트. 여기에서는 직사각형 및 육각형 MoO₂의 라만 스펙트럼을 제시합니다. 532 nm 레이저 조사에서 다른 색상을 갖는 나노 시트. 그림 3a에서 얇은 육각형 나노시트(파란색)에서 얻은 라만 피크는 143.1, 184.6, 204.6, 229.6, 292.0, 311.0, 364.3, 383.3, 495.7, 570.7.up cmsups에 있습니다.> , 각각. 얇은 직사각형 나노시트와 비교하여 파란색 피크는 143.1, 185.1, 204.6, 229.2, 292.7, 311.1, 361.7, 380.2, 495.9, 569.8 및 735에서 약간의 피크 이동과 일치합니다.> , 각각. 두 가지 유형의 얇은 파란색 나노시트 모두 동일한 수의 라만 피크를 나타냅니다. 그러나 526cm⁻¹ 에서 추가로 강한 실리콘의 피크를 얻었습니다. 파란색 육각형 나노시트에 사실, 피크 이동은 나노시트의 두께 차이에서 비롯됩니다. 육각형 나노 시트는 그림 2c, f에 표시된 것처럼 직사각형 나노 시트보다 얇습니다. 실리콘의 추가 피크 위치는 레이저 침투, 실리콘 표면 타격, 기판 역할에서 발생했으며 그림 3a와 같이 주황색의 두꺼운 육각형 및 직사각형 나노시트와 비교하여 파란색 육각형 및 직사각형 나노시트의 두께에 기인합니다. 두꺼운 육각형 나노시트의 경우 142.3, 183.5, 204.6, 229.2, 292.3, 311.0, 347.7, 361.6, 380.2, 457.8, 5770.1s-up.s.up.s.up.s.up.s에서 피크 위치에서 13개의 피크가 얻어졌습니다. , 각각. 143.3, 183.9, 204.6, 229.2, 292.2, 311.0, 346.1, 359.3, 380.2, 455.5, 495.1, 573.up> s>cm의 위치에서 두꺼운 직사각형 나노시트에 대해 기록된 13개의 피크 육각형 나노시트에 비해 위치 변화가 적다. 두께는 파란색의 더 얇은 나노시트와 비교하여 다른 파수에서 추가 피크를 거의 유도하지 않았습니다[53]. 얇은/두꺼운 육각형 및 직사각형 나노시트에 대한 라만 피크의 식별 세부 정보는 보충 파일의 그림 S3에 나와 있습니다. 결과는 보고된 단사정 MoO₂ 결과와 잘 일치합니다. 다른 CVD 합성 경로에 의해 제조된 박막[54, 55]:두께와 피크 이동은 성장 조건에 따라 다릅니다[56, 57]. 현재 작업에서는 처음으로 주황색에 대해 13개의 진동 피크를 보고하고 파란색의 정육각형 및 직사각형 MoO에 대해 11개의 피크를 보고합니다₂ 나노시트, MoO₂에서 혼합 구조의 존재 확인 나노시트. 날카롭고 강한 피크는 보고된 다른 결과에 비해 더 나은 결정성을 확인했습니다[15, 54, 55].

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아 파란색의 얇은 육각형 및 직사각형 산화 몰리브덴 나노시트와 주황색의 두꺼운 육각형 및 직사각형 산화 몰리브덴 나노시트의 라만 스펙트럼. ㄴ 음극 발광(CL) 스펙트럼(얇은 육각형 나노시트에 대한 주황색 스펙트럼, 파란색 스펙트럼은 얇은 직사각형 나노시트를 나타내고, 빨간색 스펙트럼은 두꺼운 육각형 나노시트를 나타내고, 검은색 스펙트럼은 두꺼운 직사각형 나노시트를 나타냄)

우리는 이 4가지 일반적인 나노시트로부터 모두 순수 MoO₃와 같은 복잡하고 혼합된 구조를 포함하고 있다는 결론을 내릴 수 있습니다. , MoO_3−x , 단사정 MoO₂ , 사방정계 MoO₃ (α-MoO₃ ), 사방정계 Mo₄ O₁₁ . 289cm에서 라만 피크⁻¹ 순수 MoO₃에 할당됩니다. , 142cm⁻¹ MoO_3−x로 [58] 287cm⁻¹ 에서 피크 사방정계 α-MoO₃와 연관됨 [59]. Dieterle, M.은 다양한 산화 몰리브덴에 대한 라만 피크를 보고했습니다. 사방정계 MoO₃ , 단사정 MoO₂ , 사방정계 Mo₄ O₁₁; 290–292cm⁻¹ 의 밴드 사방정계 MoO₃에서 자란 것으로 간주됩니다. (α-MoO₃ ), 반면 라만은 183, 306cm에서 피크⁻¹ 사방정계 Mo₄에서 제기 O₁₁ [60]. 380cm⁻¹ 에서 피크 MoO₂에 할당되었습니다. [61] 및 460cm⁻¹ α-MoO₃으로 [62]. 합성된 나노시트의 라만 스펙트럼 결과는 그림 3a에 나와 있습니다. 개별 나노 시트의 라만 스펙트럼 결과는 보충 그림 S3에 나와 있습니다. 따라서 우리 결과의 라만 피크는 다양한 산화 몰리브덴의 서로 다른 구조상과 관련이 있습니다:142.3 ~ 143.3cm⁻¹ (MoO_3−x ), 183.5 ~ 185.1cm⁻¹ (월₄ O₁₁ ) 및 204.6cm⁻¹ (MoO₂ ). 또한 229.2 ~ 229.6cm⁻¹ 에서 피크 (MoO₂ 주황색 나노시트에 존재하는 )은 청색 나노시트에 비해 더 날카롭고 넓으며, 이는 두꺼운 나노시트에 다중 변형의 존재를 확인시켜줍니다. 292.0 ~ 292.7cm에서 피크⁻¹ (α-MoO₃ ) 파란색 나노시트에서 오렌지색 나노시트보다 더 날카롭고 넓습니다. 311.0 ~ 311.1 cm⁻¹ 에서 피크 (월₄ O₁₁ ) 4가지 유형의 나노시트 모두에 존재합니다. 주황색 나노시트에 비해 얇은 파란색 나노시트에서 더 강렬한 피크가 나타납니다. 그러나 346.1 ~ 347.7 cm⁻¹ 에서 피크 (MoO₂ ) 주황색 나노시트에만 존재합니다. 대부분 이러한 모든 피크는 거의 변동 없이 모든 종류의 나노시트에 존재합니다. 359.3 ~ 364.3cm에서 피크⁻¹ (MoO₂) ) 및 380.2 ~ 383.3 cm에서 피크⁻¹ (MoO₂ )는 모든 나노시트에 존재했습니다. 그러나 455.5 ~ 457.8 cm⁻¹ 에서 피크 (α-MoO₃ )는 주황색 나노시트에만 존재합니다. 주요 피크는 이산화 몰리브덴과 잘 일치하며 모든 나노시트에서 상승합니다(예:495.1 ~ 495.9cm⁻¹ 에서 피크). (MoO₂ ), 568.3 ~ 570.5cm⁻¹ (MoO₂ ) 및 735.1 ~ 739.7cm⁻¹ (MoO₂ ). 아산화물은 원자가 전이로 인해 발생했습니다. 아산화물에서 Mo 원자 사이의 거리는 산소 원자와 관련되어 있으며, 여기서 측면 사면체 c 교란되지 않은 부분에서 전단면으로 결합의 왜곡이 증가함에 따라 축이 증가했습니다. 이것은 c와 평행한 완전히 편광된 모드에 영향을 줍니다. 축:c에 수직인 편광 모드 축은 M=O 결합의 거리에 영향을 받습니다. 순수한 MoO₃에서 산소 원자의 탈출 고온 처리 후 연장된 전단 결함을 통해 전단 결정학적 구조를 확인하고 병진 대칭을 완성합니다[58]. 몰리브덴 이산화물의 일반 피크 이외의 주황색 육각형 및 직사각형 나노시트의 경우 더 많은 수의 추가 피크가 표시됩니다. 142.3 ~ 143.3 cm⁻¹ 에서 피크 MoO_3−x용 , 292.2 ~ 292.3 및 455.5 ~ 457.8cm⁻¹ 에서 피크 α-MoO₃용 , 183.5 ~ 183.9 및 ~ 311.0cm⁻¹ 에서 피크 월₄용 O₁₁ .

추가 검증을 위해 두꺼운 육각형 및 직사각형 나노시트의 금속 특성에 대한 복잡한 산화 몰리브덴 구조상의 영향을 확인하기 위해 음극 발광(CL)이 수행됩니다. 이론적으로 반금속 MoO₂ MoO₃ 참여로 부분적으로 반도체로 변신 . 그러나 순수한 MoO₂의 PL 스펙트럼을 측정하는 것은 매우 어렵습니다. 금속 특성으로 인한 나노구조:MoO₃ MoO₃의 변환 및 소멸까지 약한 발광 강도를 갖는 와이드 밴드갭 반도체 MoO_3−x로 , MoO₂로의 추가 변환 나노시트[63]. 따라서 육각형 및 직사각형 산화 몰리브덴 나노시트에 대해서는 발광 스펙트럼이 보고되지 않았습니다.

두꺼운 몰리브덴 나노시트의 음극 발광(CL) 특성은 아산화물의 존재로 인해 전도대와 원자가대 사이의 전자 전이를 나타냅니다. 그림 3b에서 볼 수 있듯이 두꺼운 육각형 및 직사각형 산화 몰리브덴 나노시트에 대해 얻은 CL 스펙트럼은 410nm(3.02eV)에서 작은 CL 피크를 나타내는 반면 나노시트에서 생성된 454nm(2.73eV)에서 더 강하고 넓은 피크를 보여줍니다. 두 CL 스펙트럼의 410nm에서 더 약한 피크는 MoO₃와 유사합니다. 스펙트럼 및 약한 방출은 트랩 상태 재결합과 관련될 수 있습니다. 454 nm 대역은 산소 결손에서 비롯된 결함 관련 트랩 상태에 할당됩니다[64]. 순수한 MoO₃에 대한 방출된 광자 에너지 밴드갭에 대해 3.2 eV 대신 3.02 eV에 위치하는 것은 MoO₃의 변환을 나타냅니다. MoO_3−x로 분말 라만 스펙트럼 결과를 통해 확인되었습니다. 3.02에서 2.73eV까지 다양한 광대역 CL 스펙트럼은 두꺼운 나노시트에서 혼합된 나노구조를 확인시켜 금속-반도체 구배 거동을 가지고 있음을 확인했습니다. 이러한 몰리브덴 산화물은 운반체 농도, 환원된 MoO₃의 산소 결손 농도의 발달과 관련이 있습니다. , 및 MoO₂의 자유 전자 농도 . 이러한 연구는 화학량론적 이하의 산화 몰리브덴 나노시트의 구조적 및 광학적 특성에 대한 지식을 발전시켜 첨단 광학 장치 개발에 기여했습니다. WO₃와 같은 다른 전이 금속 산화물에 대해서도 유사한 CL 스펙트럼이 보고되었습니다. 및 α-Fe₂ O₃ [65]. 얇은 나노시트의 CL 스펙트럼 검출 문제는 문헌에 설명 및 보고되어 있습니다. 박편의 CL 강도는 층 두께가 감소함에 따라 감소했습니다. 얇은 층의 플레이크는 전자빔에 투명합니다. 생성된 전자 정공은 두께에 정비례합니다[66]. Bourrellier, R., et al. 저품질 결정에서 확인된 광대역 발광 검출은 외부 결함과 관련이 없지만 분명히 전자 조사에 의해 생성될 수 있는 내부 결함과 관련이 있습니다[67]. 최근에 Zhou, N., et al. 결함 농도가 증가하고 플레이크 두께가 증가함에 따라 강한 CL 강도 방향이 보고되었지만 플레이크 두께가 감소함에 따라 CL 방출 강도가 감소했습니다[68]. 이러한 효과에도 불구하고, 두꺼운 플레이크는 얇은 플레이크에 비해 상당한 발광성을 나타낸다. 이것이 순수한 얇은 MoO₂의 CL 스펙트럼이 얇은 나노시트에서는 감지할 수 없습니다. 얇은 육각형(주황색 스펙트럼)과 직사각형 나노시트(파란색 스펙트럼)의 CL 스펙트럼이 그림 3b에 나와 있습니다.

얇은 육각형 및 직사각형 나노시트는 그림 4와 같이 I-V 측정에 의해 확인된 금속 특성과 그림 S4의 지원 정보(SI)를 가지고 있습니다. 파란색 얇은 나노시트에 6개의 장치를 포함하는 두 개의 터미널을 제작하고 동일한 매개변수로 I-V 곡선을 측정했습니다. 그 중 3개는 직사각형 나노시트이고 나머지 3개는 6각형 나노시트였다. 접점은 전극으로 Ti/Au를 사용하여 제작되었습니다. 단일 직사각형 및 육각형 몰리브덴 산화물 나노시트 장치의 개략도는 그림 4a, b에 나와 있습니다. 그림 4c, d에서 두 가지 유형의 나노시트의 I-V 곡선은 장치의 변화 없이 여러 번 바이어스 전압을 음(- 0.05 V)에서 양(+ 0.05 V)으로 스위핑하여 측정되었으며 선형으로 표시됩니다. 나노시트와 소자의 전극 사이의 옴 접촉에 따른 거동. 저항 측정을 위해 Ohmic 방정식을 사용했습니다. R =V /나 , 여기서 R 저항을 나타냅니다. V 전압, 그리고 나 현재의; 직사각형 및 육각형 나노시트의 저항은 각각 ±0.05V에서 ~ 25Ω 및 ±0.05V에서 64Ω으로 측정되었으며, 이는 직사각형 나노시트가 육각형 나노시트보다 저항이 적다는 것을 추가로 확인시켜주었습니다.

<사진>

아 단일 직사각형 산화 몰리브덴 나노시트 소자의 개략도. 삽입:장치의 실제 이미지. ㄴ 단일 육각형 산화 몰리브덴 나노 시트 장치의 개략도. 삽입:장치의 실제 이미지. ㄷ 개별 단일 직사각형 산화 몰리브덴 나노시트 소자의 I-V 특성. d 단일 육각형 산화 몰리브덴 나노시트 소자의 I-V 특성

또한 저항(R ) 파란색의 얇은 직사각형 나노시트는 지원 정보(SI)의 그림 S4a, b에 표시된 것처럼 ±0.05V에서 ~30Ω 및 ±0.05V에서 ~43Ω입니다. 그러나 저항(R ) 파란색 얇은 육각형 나노 시트의 그림 S4c, d와 같이 ± 0.05V에서 ~ 61Ω 및 ± 0.05V에서 ~ 61Ω입니다. 이것은 파란색의 얇은 직사각형 나노시트가 파란색의 얇은 육각형 나노시트보다 동일한 매개변수에서 저항이 더 낮다는 것을 확인합니다.

결론

이 작업에서 우리는 단일 전구체 분말 MoO₃에서 직사각형 및 육각형 산화 몰리브덴 나노시트의 제어 합성을 보고합니다. CVD 방법을 통한 포스트 어닐링 처리 없이. 라만 스펙트럼, 광학 사진, 주사 전자 현미경, 원자력 현미경 및 음극선 발광(CL)과 같은 다양한 분광 기술을 사용하여 비교 분석 및 조사를 수행했습니다. 광학 대비는 나노시트의 두께에 따라 다릅니다. SEM 결과는 제어된 나노시트의 대칭성과 매끄러운 형태를 확인했습니다. AFM 분석은 얇은 직사각형 나노시트의 ~30nm 두께와 ~25nm 육각형 나노시트를 측정했습니다. 라만 스펙트럼 결과는 MoO₂에서 혼합 구조의 존재를 나타냅니다. 복잡한 결정 구조로 인해 나노 시트. 강한 스펙트럼 응답과 피크 이동은 나노시트의 두께에 따라 다릅니다. 얇은 나노시트보다 얇은 나노시트에서 비교적 적은 라만 피크가 관찰되었으며 결정 MoO₂의 진동과 잘 일치했습니다. 및 기타 혼합 결정; 그러나 얇은 2D 나노시트에서는 일부 피크가 사라졌습니다. 두꺼운 주황색 나노시트는 산화몰리브덴의 복잡한 구조상으로 인해 더 많은 피크를 포함합니다. 특히 추가 MoO₃ 그리고 MoO_3−x 반금속 MoO₂에서 발생 따라서 두꺼운 나노시트는 넓은 밴드갭 반도체 거동을 나타내며 음극 발광(CL) 스펙트럼에 의해 추가로 확인되었습니다. 처음으로 혼합된 몰리브덴 산화물, 두꺼운 육각형 및 직사각형 나노시트에서 결합된 금속 및 넓은 밴드갭 반도체 특성이 관찰되었습니다. 주황색 나노시트의 이러한 피크는 나노스케일 장치의 실제 응용에 유용한 광자 재료일 수 있습니다. 그러나 얇은 나노시트에서는 CL 방출이 감지되지 않습니다. 얇은 직사각형 또는 육각형 나노시트로 제작된 모든 장치의 IV 곡선은 나노시트와 전극 사이에 잘 확립된 옴 접촉으로 인해 선형 금속 거동을 보여주었습니다. 얇은 육각형 나노시트는 직사각형 나노시트보다 더 높은 저항을 나타냈다. 이 연구는 특수 2D 산화 몰리브덴 나노시트에 대한 깊은 이해를 제공하여 다양한 유형의 나노시트 특성을 조절하는 방법을 제공합니다.