二维MoS2/WSe2异质结的光电性能研究

近年来基于二维半导体过渡金属硫族化合物如MoS₂的光电晶体管被广泛研究。虽然基于单层MoS₂的光电探测器表现出较高的响应度,但是其较低的载流子迁移率也限制了响应时间,约在秒量级。二维半导体的相互堆垛可以形成具有低缺陷态且空间均匀的范德华异质结构,是提高二维光电探测器性能的有效途径。基于此本文通过机械剥离转移法构筑MoS₂/WSe₂垂直pn异质结,其较强的空间电荷区能有效地分离光生载流子,所以在自驱动状态下仍具有较好的光电探测能力,光响应度和探测率分别达到2.12×10³ A/W和2.33×10¹¹ Jones,同时极大地缩短了响应时间,响应时间达到40 ms。这种二维异质结器件制备方法简易,性能优异,在光电子领域具有广阔的应用前景。     

GeS/MoS2异质结电子结构及光学性能的第一性原理研究

以MoS₂、GeS为代表的二维层状材料在光学、电学等方面表现出优异的物理性能。如何将两者的优良性能结合,同时获得具有新的协同功能的复合材料对电子器件的发展和应用具有重要意义。本文采用密度泛函理论的第一性原理计算方法,对GeS/MoS₂异质结的电子结构及光学性质进行了系统研究,并探索了界面间距、应变和电场对异质结电子结构和光学性能的影响。研究结果表明,GeS/MoS₂异质结是Ⅱ型能带排列,该能带排列有利于光生电子-空穴对的分离。进一步研究发现,通过应变和电场等手段可以实现对GeS/MoS₂异质结能带排列及光吸收系数的有效调控。该研究结果表明GeS/MoS₂异质结在光催化、光电器件等领域具有潜在的应用,为设计与制备GeS/MoS₂相关的光电器件提供了理论指导。     

黑磷-二硫化钼异质结光电流特性的研究

黑磷是一种近年来新兴的二维材料,具有可调控窄带隙及宽光吸收谱、高载流子迁移率等优异光电特性,可用于实现中红外波段高速光电探测器.但是黑磷样品在空气中的不稳定性也是制约其应用的主要因素.二硫化钼作为二维层状过渡金属硫属化物(TMDCs)中的典型代表,单层为直接带隙,双层及厚层为间接带隙,在可见光范围内有着较好的光电响应,但由于带隙范围的限制,在近红外的吸收较弱,几乎没有探测能力.基于此,本文通过构建二硫化钼在上,黑磷在下的垂直异质结构,通过硫化钼的保护作用实现了黑磷稳定性的提升,在空气环境中能够保持两个月之久;同时利用黑磷在近红外的吸收,增强了器件在近红外(940 nm)的响应.该异质结构对二维材料实现红外高性能的稳定探测有重要意义.     

单层MoSe2-WSe2平面异质结的可控生长及表征

二维(2D)材料由于其独特的性质和原子级厚度而受到了广泛的关注.尽管目前学术界与工业界已经成功地制备了具有不同光学和电学性质的单种2D材料,但是为了构建用于实际应用的更复杂的器件,必须开发用于制造2D异质结构的策略.在这里主要研究了单层二硒化钼(MoSe2)与二硒化钨(WSe2)平面异质结的生长,以水溶性钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O)与钨酸铵((NH4)10W12O41)分别作为钼源与钨源,通过改进的一步生长法,并调控前驱体反应位置、含量与生长时间、温度等关键生长参数,采用化学气相沉积(CVD)法在SiO2/Si衬底上制备出平面异质结,并使用光学显微镜,拉曼光谱(RAMAN),光致发光光谱(PL),原子力显微镜(AFM),扫描电子显微镜(SEM)等,对异质结的样貌、物质组分、表面形貌、表面形态等进行表征.分析可见制备的异质结由单层硒化钼与硒化钨组成,且高度为0.8 nm.这种连续可控的方法具有很强的普适性,为其他多结异质结的制备开辟了道路.     

二维层状金属碘化物的制备及光电磁器件的应用进展

二维金属碘化物,呈现范德瓦耳斯层状堆垛结构,平均原子序数大,具有合适的能带间隙、强的磁电耦合效应,是一种新型的光电探测材料,能被用于制备高能射线探测器,且一些磁性二维金属碘化物能被用于磁电器件。由于其在光电磁器件方面的潜在应用,近期成为了低维材料研究的热点。并且在材料制备方面,层状金属碘化物一般熔点较低,制备条件温和简单,可用于二维层状材料生长机理的研究。本文首先介绍了层状金属碘化物的结构、性质,然后着重阐述了二维层状金属碘化物的制备方法,最后讨论了层状金属碘化物在光电磁器件方面的应用。期望读者对二维层状金属碘化物有更深入的了解,更好地推动二维层状金属碘化物的应用。     

新型二维铜族硫族化合物的研究进展

二维材料因其纳米级尺寸、超凡的电子特性、出色的机械性能等,被视为下一代信息器件的理想材料。随着外延生长等自下而上制备方法以及材料计算方法的发展和提高,越来越多的体相非层状的二维材料被制备和发现。近年来在信息器件等领域具有应用潜力的体相非层状的二维铜族(11族)硫族化合物得到广泛关注,铜族元素位于化学元素周期表中的11族,主要包括铜、银和金等元素。本文综述了二维铜族硫族化合物的研究进展,以化学计量比为主线,将二维铜族硫族化合物分为MX单层(M=Cu,Ag,Au;X=O,S,Se,Te)、M₂X单层以及其他化学计量比的铜族硫族化合物单层。从实验合成和理论模拟两个角度出发,对二维铜族硫族化合物原子结构、能带结构、电学特性等进行介绍。从现有的报道来看,体相非层状的新型二维铜族硫族化合物不仅包含半导体、金属等电子性质,还表现出拓扑、磁性等丰富的新奇物性,是一类值得关注的新型二维功能材料。     

石墨烯/氮化硼异质结构的热致旋转现象观测研究获进展

正二维材料范德华异质结构近期在二维材料和物理研究领域引起了广泛的研究兴趣。不同的二维材料通过范德华力结合在一起可以形成不同类型的异质结构,往往可以表现出单种二维材料所不具备的特性。这种人工异质结的出现为研究者有目的性地设计不同结构以及器件提供了极大的空间。例如垂直隧穿晶体     

一步CVD法制备WS2-MoS2垂直异质结及其表征

本文主要研究了WS₂-MoS₂垂直异质结的制备及其光电性能。以氧化钼(MoO₃)、氧化钨(WO₃)、硫粉(S)作为反应物,采用改良的一步化学气相沉积法(CVD)实现高质量的WS₂-MoS₂垂直异质结的制备。使用拉曼光谱仪(Raman)、光致发光光谱仪(PL)、光学显微镜(OM)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等设备,对异质结的形貌、元素组成等进行了表征。最后制备了基于WS₂-MoS₂异质结的光电探测器,测量了包括输出特性曲线、转移特性曲线、光电流曲线等光电特性。经测试,WS₂-MoS₂异质结光电探测器在532 nm激光模式下展现了良好的光响应特性,使其能应用于高效率的光电子器件的制备,在微电子学领域具有广阔的应用前景。     

CeO2/TiO2异质结纳米花的制备及光催化性能研究

异质结催化剂以其优异的光电性能、光催化性能及在降解有机污染物上的实用性,吸引了广大研究者的注意.采用水热法,制备了CeO2/TiO2异质结纳米花,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、和紫外-可见光吸收(UV-vis)等分析手段对制备的样品形貌和结构进行表征,并以甲基橙为目标污染物,考察了样品的光催化性能,并且对光催化降解的机理进行了分析.我们发现,这种异质结构将其紫外-可见光吸收边由紫外光区域拓宽到可见光区域,从而提高光响应范围.研究表明CeO2/TiO2异质结纳米花表现了优异的催化活性,在60 min内降解了98;的甲基橙,这主要是源于其特殊的异质结构,能增强光催化活性.     

硒化铟材料的发展及其光电器件应用

自2004年发现石墨烯以来,二维材料以其丰富的带隙结构、独特的光电特性和无悬挂键的范德瓦耳斯表面等,极大地拓宽了半导体电子、光电子器件的设计维度。其中二维硒化铟材料成为最具竞争力的未来高迁移率光电子器件用候选材料,被诺贝尔奖获得者Andre Geim认为是“硅和石墨烯的‘黄金分割点’”。但人们对二维硒化铟材料的研究仅有不到十年的时间,对其制备及应用的认识仍然不足。本文综述了二维硒化铟材料及其光电器件的研究现状。另外,考虑到目前绝大多数二维硒化铟材料的研究是基于块状单晶体材料的机械剥离开始的,因此本文首先回顾了硒化铟晶体结构的认识及其制备方法的发展历程,在此基础上综述了二维硒化铟材料制备及其性能表征的前沿研究结果,探讨了器件结构、材料制备方法等因素对二维硒化铟场效应晶体管和光探测器电学输运特性的影响,最后分析了未来硒化铟材料及器件应用面临的机遇与挑战。