二硒化鉬二維原子晶體的等電子摻雜

    摻雜和缺陷在很大程度上決定了傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料的器件性能。與傳統(tǒng)半導(dǎo)體類似,為了實(shí)現(xiàn)二維過渡金屬硫族化合物(TMDCs)材料在電子、光電以及光子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用,需要對(duì)這一材料進(jìn)行可控?fù)诫s和缺陷調(diào)制,從而調(diào)控二維材料的能帶結(jié)構(gòu),載流子的類型和濃度,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)材料的多功能化與器件集成。與傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料相比,二維材料只有一層或幾層原子厚度,從而只有一維線缺陷和零維的點(diǎn)缺陷,并且這些缺陷嚴(yán)重的影響二維材料的光電性能。通常用化學(xué)氣相沉積方法合成的二維材料都有不同濃度的本征結(jié)構(gòu)缺陷。如何通過控制二維材料缺陷的類型和濃度從而調(diào)控其性能來(lái)實(shí)現(xiàn)其在光電子器件和能源領(lǐng)域的應(yīng)用是二維材料研究領(lǐng)域的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。
     
    近期,美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室納米中心肖愷研究員**的團(tuán)隊(duì)通過等電子金屬摻雜的方法,不但可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二維材料的能帶結(jié)構(gòu)以及載流子的類型和濃度的調(diào)控,還可以減少點(diǎn)缺陷的濃度,從而提高材料的質(zhì)量和性能。與摻雜富電子或者缺電子元素不同,等電子元素和基體元素通常具有相似的電子結(jié)構(gòu)和性能,所以摻雜這類原子進(jìn)入晶格會(huì)減少晶格不匹配造成的位錯(cuò)和其它缺陷的引入,但是由于電負(fù)性的不同,也可能會(huì)引起晶格中電勢(shì)不同從而來(lái)調(diào)制載流子的濃度。肖愷團(tuán)隊(duì)在化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的過程中實(shí)現(xiàn)等電子元素鎢(W)置換MoSe2晶格中的部分鉬(Mo)原子,從而形成WxMo1-xSe2二維合金材料。他們利用高角度環(huán)形暗場(chǎng)掃描透射電鏡(ADF-STEM)直接觀察到了二維晶格中的Se空位缺陷和置換的W原子并且精確測(cè)量其濃度。他們發(fā)現(xiàn)通過W置換摻雜,Se空位缺陷的濃度可以減少至原來(lái)的50%左右, 從而使單層WxMo1-xSe2的發(fā)光強(qiáng)度較之MoSe2提高了10倍之多。另外,理論計(jì)算證明等電子元素W摻雜可以減少深能級(jí)缺陷態(tài)在單層MoSe2的形成。這項(xiàng)工作給我們提供了一個(gè)新的思路和方法來(lái)調(diào)控二維材料中的缺陷,從而提高材料的質(zhì)量和性能來(lái)實(shí)現(xiàn)這類材料在未來(lái)光電子器件和能源領(lǐng)域的應(yīng)用。
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    上海巨納科技有限公司專注于拉曼光譜儀,顯微鏡,水活度儀,牛津儀器,生化儀器等

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