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基于黑磷的范德华异质结构,用于中红外发光应用

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-17 】 点击次数:
研究人员已经以简单但新颖的范德华(vdW)异质结构实现了光电驱动的中红外(MIR)发光器件,该异质结构由薄膜黑磷(BP)和过渡金属二卤化物(TMDC)构成。这项工作表明vdW异质结构是用于中红外研究和应用的有前途的平台。
a,BP-WSe2异质结构示意图。在光的激发下,WSe2中的电子和空穴对可以有效地传输到BP,从而增强其MIR光致发光。b,BP-MoS2异质结二极管的示意图。在BP和MoS2之间的正偏压下,MoS2导带上的电子可以克服势垒,进入BP导带,并在BP中与大量空穴复合。从而实现了电致发光。 ,王琳和陈晓龙
MIR光谱已广泛用于热成像,分子表征和通信。在MIR技术中,MIR发光二极管(LED)具有线宽窄,功耗低和便携性的优点。自从2014年发现薄膜BP以来,由于其独特的特性(例如面内各向异性,高载流子迁移率和可调带隙等),它受到了广泛的关注,使BP成为电子应用中有希望的材料和光电。
 
BP具有取决于厚度的(0.3-2 eV)带隙,可以通过引入外部电场或化学掺杂来进一步调整带隙大小。由于这些原因,薄膜BP被视为星型MIR材料。先前的研究主要集中在单层和几层BP薄片(层数<5层)的发光特性上。然而,最新报道表明,薄膜BP(> 7层)在MIR区域显示出显着的光致发光特性。
 
在《光:科学与应用》杂志的一份报告中,研究人员提出了一种新的vdW异质结构,用于MIR发光应用,它是由BP和TMDC(例如WSe 2和MoS 2)构建的。根据DFT计算,BP-WSe 2异质结构形成了I型能带排列。因此,可以将单层WSe 2中的电子和空穴对有效地传输到窄带隙BP中,从而增强薄膜BP的MIR光致发光。在5nm厚的BP-WSe 2异质结构中获得了约200%的增强因子。
 
另一方面,BP-MoS 2异质结构形成II型能带排列。在p型BP和n型MoS 2之间的界面处形成自然的PN结。在BP与MoS 2之间施加正偏压(Vds> 0)时,MoS 2导带中的电子可以穿过势垒并进入BP导带。同时,由于价带的肖特基势垒较大,大部分空穴在BP内部的界面处被阻塞。结果,在BP-MoS 2 异质结构中实现了有效的MIR电致发光。
 
BP-TMDC vdW异质结构具有许多优势,例如制造工艺简单,效率高以及与硅技术的良好兼容性。因此,这项技术为研究硅2维混合光电系统提供了一个有前途的平台。
 

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