二硫化钼（MoS₂）作为一种二维过渡金属硫族化合物，因其层状结构和良好的光学性能，在光电器件、光电探测、生物成像等领域展现出应用潜力。Si/SiO₂衬底因其良好的晶体稳定性和与硅基半导体工艺的兼容性，成为MoS₂薄膜外延生长的平台。

MoS₂的光学特性基础

MoS₂的层状结构赋予其光学特性。单层MoS₂具有直接带隙，带隙宽度在1.8 eV左右，表现出良好的光吸收和发光性能。随着层数的增加，MoS₂的带隙逐渐转变为间接带隙，但其光学性能仍受层数、晶相、缺陷密度等多种因素影响。在Si/SiO₂衬底上生长的MoS₂薄膜，其光学性能可以通过调控生长条件进行优化。

Si/SiO₂衬底上MoS₂的光吸收特性

MoS₂薄膜在可见光和近红外区域表现出良好的光吸收性能。单层MoS₂的光吸收系数较高，适合用于光电器件中的光吸收层。通过调控MoS₂的层数，可以实现对光吸收性能的精细调控。例如，多层MoS₂薄膜在特定波长下的光吸收性能可能优于单层薄膜，这为其在特定应用中的优化提供了可能。

在Si/SiO₂衬底上，MoS₂薄膜的光吸收性能还受到衬底的影响。Si/SiO₂衬底的光学透明性较高，不会对MoS₂薄膜的光吸收产生干扰。然而，衬底与MoS₂薄膜之间的界面效应可能对光吸收性能产生一定影响，如界面反射、散射等。因此，在制备过程中需要优化界面质量，以减少界面效应对光吸收性能的影响。

Si/SiO₂衬底上MoS₂的光发射特性

MoS₂薄膜的光发射性能主要来源于其直接带隙特性。单层MoS₂在光激发下能够产生强烈的荧光发射，发射峰位于可见光区域。通过调控MoS₂的层数和晶相，可以实现对光发射性能的调控。例如，多层MoS₂薄膜的光发射性能可能因带隙转变而发生变化，而特定晶相的MoS₂可能表现出更良好的光发射性能。

在Si/SiO₂衬底上，MoS₂薄膜的光发射性能还受到衬底与薄膜之间界面质量的影响。高质量的界面能够减少界面缺陷和散射中心，提高光发射效率。此外，衬底的热导率也可能影响MoS₂薄膜的光发射性能，因为光发射过程中产生的热量需要及时散失以避免性能下降。

Si/SiO₂衬底上MoS₂的激子行为

激子是MoS₂等二维材料中重要的光激发态。在Si/SiO₂衬底上生长的MoS₂薄膜中，激子行为受到多种因素的影响，包括层数、晶相、温度等。不同形貌的MoS₂（如水平取向、垂直取向等）在光致发光研究中表现出不同的激子行为。

此外，MoS₂薄膜中的缺陷和边缘效应也可能对激子行为产生影响。缺陷可以作为激子的捕获中心，影响激子的寿命和迁移率。而边缘效应则可能改变MoS₂薄膜的局部电子结构，从而影响激子的形成和复合过程。

Si/SiO₂衬底上MoS₂的非线性光学特性

MoS₂等二维材料还表现出的非线性光学特性。在Si/SiO₂衬底上生长的MoS₂薄膜中，非线性光学特性主要来源于其层状结构和电子结构的各向异性。例如，通过范德华堆叠技术实现的3R-MoS₂材料在非线性光学领域展现出潜力。通过控制3R-MoS₂层的堆叠顺序和相对角度，研究人员成功地在纳米尺度上实现了二次谐波生成（SHG）的增强，突破了非准相位匹配的限制。

光学特性优化

生长条件优化

通过优化生长条件，如温度、压力、气体流量等，可以提高 MoS₂ 薄膜的光学特性。实验结果表明，生长温度对 MoS₂ 薄膜的光学特性有影响。在 700°C 时，MoS₂ 薄膜的吸收强度和荧光强度达到最高值，荧光寿命和量子产率也提高。

界面调控

通过在 Si/SiO₂ 衬底表面引入中间层或进行表面处理，可以优化 MoS₂ 与衬底之间的界面特性，提高薄膜的光学特性。实验结果表明，在 Si/SiO₂ 衬底表面引入一层薄的氧化物中间层，可以有效减少界面缺陷，提高 MoS₂ 薄膜的吸收强度和荧光强度。

缺陷控制

通过优化生长工艺和后处理方法，可以减少 MoS₂ 薄膜中的缺陷密度，提高薄膜的光学特性。实验结果表明，通过退火处理，可以减少薄膜中的缺陷密度，提高薄膜的吸收强度和荧光强度，延长荧光寿命，提高量子产率。