湘潭大学博士学位论文
带隙半导体的特征，美国加利福尼亚大学Junqiao Wu等人认为升温后层间距增加导致的层间相互作用力减弱是这种转变的关键因素[113]，而新加坡国立大学的Goki Eda等人则认为该转变也来源于热膨胀引起的相对较弱的层内晶格畸变[112]。
1.4.4 类石墨烯MoS2的其它性质
此外，MoS2还是一种高强度的力学材料，其机械强度和杨氏模量甚至超过了传统的钢材料。Andras Kis等人将单层和双层的MoS2悬空后利用原子力显微镜的针尖对其施加应变并最终使其破裂，研究发现 单层MoS2的杨氏模量达到270 Gpa，与不锈钢相当；而其断裂强度可达到23 Gpa，是不锈钢的20多倍；且在在施加11 %的形变时
MoS2仍然不会出现断裂的现象[117]。表1-1给出了单层MoS2、块状MoS2与其它材料的力学参数对比。
表1-1 单层MoS2、块状MoS2与其它材料的力学参数[117]
1.4.5 类石墨烯MoS2在光电子器件中的应用
（1）场效应管
场效应晶体管（Field-effect transisitor, FET）是数字逻辑电路的最基本电子元件，也是现在微电子技术中应用较多的一种重要器件。电流开关比是评估场效应晶体管性质的最基本参数指标之一，一般认为当开关比在104到107之间时FET才可以实现电流的有效关断，只有这样才可以保证场效应管能够有足够低的静态功耗，因此FET的沟道材料必须要一定宽度的带隙，一般认为其禁带宽度最低要超过0.4 eV。单层二
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万方数据类石墨烯二硫化钼的第一性原理研究
硫化钼是直接带隙半导体，仅有几个原子层厚因此将其作为电子器件时可以在提高能效的同时，还能降低成本和重量。同时，二硫化钼的表面没有悬挂键且电荷杂质少，其二维层状结构特点也与硅工业兼容，因此二硫化钼被认为是一类非常有前途的电子器件材料[108]。
图1-23 基于单层MoS2构筑的场效应管及其性能[108]
理论和实验研究都表明，基于二硫化钼构建的电子器件能够拥有较高电子迁移率（200 cm2/Vs到400 cm2/Vs）[102, 119, 120]、极高的电流开关比（大于1010）和大的跨导
[81]
（4.4 ms/um）。有报道显示二硫化钼电子器件还拥有非常高的电流承载能力（5*107
A/ cm2）[121]和小的亚阈值摆幅（70 mV/dec）[120]。
另外，双层二硫化钼场效应管也展现出巨大的应用前景[118, 122-125]。美国麻省理工学院的Tomas Palacios 和南京大学王欣然课题组[123, 124]甚至发现用双层二硫化钼作为沟道材料构筑的晶体管比单层二硫化钼的性能更加优异，他们认为这是由于双层二硫化钼不仅具有单层二硫化钼的高迁移率和开关比，同时与单层的相比，双层二硫化钼的带隙更窄，也更加稳定。
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图1-24 基于双层MoS2构筑的场效应管及其性能[118]
（2）光电子器件
作为直接带隙半导体，单层二硫化钼中的价带电子可以在不借助额外声子的情况下，通过吸收能量足够大的光子（大于带隙宽度）直接从价带跃迁到导带，这种垂直跃迁方式有效地提高了光子的利用率。因此，二硫化钼在单层厚度时它的直接带隙特征使其量子效率更高。
第一篇光电子器件是由新加坡南洋理工大学的Hua Zhang等人构建，该器件的开关时间短（50 ms）且光敏感系数高（1 mA/W）[128]，此外，二硫化钼的能带结构可以通过改变它的厚度实现连续调节。因此，研究者提供了一种思路，是否可以通过控制二硫化钼的厚度来获得不同的能隙，从而实现对不同波长的光进行有效探测？
2012年，韩国延世大学的Seongil Im课题组利用单层与双层MoS2探测绿光（两者的带隙分别为1.8 eV和1.65 eV，正好与绿光的波长范围匹配），而三层MoS2则可以探测红光（带隙为1.35 eV，与红光的波长范围匹配）[126]。将MoS2与二氧化钛半导体纳米复合材料和P3HT混合构建的异质结太阳能电池在模拟太阳光下转换效率可以达到
1.3 %[129]；A. Polman和H.A. Atwater提出，通过有效利用不同厚度二硫化钼具有不同的带隙宽度从而能对不同波长范围的光谱进行吸收这一特性，就能够设计出多结的吸收层材料，从而进一步提高太阳能电池光转化效率[127]。
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(a)
(b)
图1-25 基于MoS2的光探测器[126, 127]
除了对光的探测，MoS2在电致发光与光致发光等两种光产生方面也有应用[130]。电致发光和光致发光，顾名思义，一个是通过电的激励，另一个是通过光的激发而发光，如在电激励作用下，与Au颗粒接触后MoS2更容易激发出光子[131]；利用肖特基异质结的接触界面能够发生多子和少子的辐射复合这一现象，也能够通过将二硫化钼与Cr/Au电极接触来实现管子的有效激发[132]。通过光吸收，作为直接带隙半导体，单层的MoS2中的价带电子可以在不借助额外声子的情况下，通过吸收能量足够大的光子（大于带隙宽度）直接从价带跃迁到导带，而间接带隙的多层MoS2的量子效率为10-5到10-6，远低于直接带隙单层MoS2的4*10-3[87]。 （3）异质结构器件
将多种类石墨烯的二维原子晶体沿着垂直方向进行重新组合，可以构筑出一系列新型的异质结构，这种异质结构能够充分发挥各组成单元的优势，得到优异的物理性质和新奇的量子效应[16, 133, 134]。虽然基于单纯二硫化钼的器件研究仍然如火如荼，但是也有很多研究者开始关注由二硫化钼作为组成多元的异质结构及其相关器件的研究。
首个基于二硫化钼的异质结构器件来自英国曼彻斯特大学的A. K. Geim和K. S.
Novoselov课题组，他们利用剥离—转移方法构筑出Grephene/MoS2/Grephene“三明
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