国际合作解锁vdW异质结构

• 研究了二维vdW TMD异质结构
• 研究界面物理与设备性能的相关性

一项印度-澳大利亚高性能光电子学的理论和实验研究发表在纳米快报．

莫纳什大学与印度理工学院孟买分校(IITB)合作设计并制造了一种由两层过渡金属二卤属化合物(WSe)组成的异质结构₂和物₂）.

在vdW异质结构中集成新物理

利用过渡金属二卤属化合物(TMDs)构建的Van-der-Waals异质结构是下一代电子和光电子器件的主要研究热点。

这种异质结可以实现多功能操作——作为高响应、高速光电探测器以及具有大开路电压的光伏器件。

该器件通过实现零偏压自驱动操作以及红外光电检测，扩展了其组件材料的功能，其能量低于单个材料的带隙，可能是由于层间带隙。

“迄今为止，大多数关于此类vdW异质结构的研究都集中在器件性能(如载流子迁移率和光检测)或异质界面特性(通过光学测量)上，”该研究的第一作者、莫纳什大学博士生Abin Varghese说。

阿宾在莫纳什大学的导师、A/ Nikhil Medhekar教授说:“然而，工程和相关的异质界面属性与新的物理和增强的设备性能在很大程度上尚未被探索。”

莫纳什- iitb的新研究全面捕捉了一种新型WSe的原子建模、光学、电学以及光电特性₂/ ReS₂TMD异质结构具有优异的光电检测和光电性能。

材料、装置和方法

所研究的器件是由6族TMD WSe组成的新型少层vdW异质结₂7组TMD ReS₂．

研究团队首先进行了理论研究(使用密度泛函理论，DFT)来控制材料的选择和最佳薄片厚度，然后进行了广泛的光电测量，以确认改进的器件性能。

结果

研究表明，异质结表现出接近直接的ii型带隙，这导致了良好的光检测，卓越的光伏和超快的光开关。

通过光致发光(PL)研究和ii型带隙的层间光学跃迁发现了强烈的层间耦合，证实了团队的DFT预测，扩展了vdW异质结构在红外光电探测中的适用性。

• 相当大的(0.7 eV)近直接ii型带隙
• 层间IR带隙呈ii型排列
• 超快响应时间(5 μs)
• 高响应度(3 A/W)
• 在异质重叠区域(10 ~ 100×)产生大光电流和增强响应
• 开路电压0.64 V，短路电流2.6 μA，输出功率大
• 长期的空气稳定性，以及简单的单接触金属制造工艺，使其在下一代光电子技术中具有广阔的应用前景。

这项研究

近直接带隙WSe2/ReS2型ii型pn异质结用于增强超快光电检测和高性能光伏发表于纳米快报2020年2月(DOI 10.1021/acs.nanolet .9b04879)。

还有莫纳什大学和孟买印度理工学院(印度)，研究小组还包括来自塔塔基础研究所(印度)。这项工作是由科学和技术(印度)部资助的Swarnajayanti奖学金的额外资助和支持澳大利亚研究理事会而且莫纳什研究所．设备制造和特性是在IITB纳米制造设施．