二硒化鉬二維原子晶體的等電子摻雜

時間：2017-03-23作者：上海巨納科技有限公司瀏覽：121

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)控其性能來實現(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)域的一個重要挑戰(zhàn)。
 
近期，美國橡樹嶺國家實驗室納米中心肖愷研究員**的團(tuán)隊通過等電子金屬摻雜的方法，不但可以實現(xiàn)對二維材料的能帶結(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)入晶格會減少晶格不匹配造成的位錯和其它缺陷的引入，但是由于電負(fù)性的不同，也可能會引起晶格中電勢不同從而來調(diào)制載流子的濃度。肖愷團(tuán)隊在化學(xué)氣相沉積生長的過程中實現(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，理論計算證明等電子元素W摻雜可以減少深能級缺陷態(tài)在單層MoSe2的形成。這項工作給我們提供了一個新的思路和方法來調(diào)控二維材料中的缺陷，從而提高材料的質(zhì)量和性能來實現(xiàn)這類材料在未來光電子器件和能源領(lǐng)域的應(yīng)用。
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