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飛秒雷射退火對二硫化鉬缺陷優化之影響
(2023) 翁學民; Weng, Xue-Min
二維材料在現今對於人類發展半導體及其相關科技都指向著一個全新的方向及材料。隨著現代的科技的日新月異，地球上越來越多淺在的能源及材料被科學家們發現及利用，其中又以過渡金屬二硫化合物（TMDC）被認為是最有可能應用於積體電路的材料，其能隙大小最適合用來做場效電晶體（FET）中的通道。在經過對於過渡金屬二硫化合物的探索後，目前有兩種做適合做為通道的材料：二硫化鉬（MoS2）及二硫化鎢（WS2），兩者之間的差異在製作成場效電晶體後開、關狀態下電流大小各有其優點。本次實驗中我們選定二硫化鉬作為材料，在製作及準備的過程中利用氣相沉積法（CVD）讓二硫化鉬生長在不同材質的基板上，讓其構成單層二硫化鉬平面，在矽（Si）單層與二硫化鉬單層之間只有非常微弱的凡德瓦力（Van der Waals）[1]去支撐層與層之間相連，但是在生長的過程中可能因為其他外在因素而造成二硫化鉬表面缺陷（defect）的產生，進而在學術研究或生產半導體產品時得到錯誤的數據及成品。在本篇論文中我們利用飛秒雷射（Femtosecond laser）聚焦在MoS2表面或體積上，產生高能量密度的熱源，使材料受熱區域溫度升高，並且在冷卻過程中產生新的晶體結構，進而優化具有缺陷的MoS2。因為雷射的脈衝寬度非常的短，所以如果使用此種技術對樣品進行加工，可以在極短的時間之內產出大量的成品，因此可以避免材料因長時間暴露在高溫下而引起的其他變化，也因為這個實驗有許多不同的參數可以做調整：可以調整功率的高低進而加工不同傷害極限值的材料；可以控制不同的加工範圍大小進而加工不同尺寸的樣品；可以繪製不同的加工圖形讓加工的可塑性更高。本次實驗我們使用光致發光（Photoluminescence）及拉曼（Raman）作為檢測系統，在光致發光過程中通常會用一種能量較高的光源，如雷射，照射到樣品上，使其電子遷移到高能態。當這些電子回到低能態時，會釋放出能量，並且產生輻射，從而產生發光現象。然而拉曼的部分是因為拉曼光譜學可以檢測出其中的缺陷。這些缺陷會對應特定的拉曼光譜訊號，因此可以通過對拉曼光譜圖進行分析，進而定性和定量分析二維材料中的缺陷。