中國(guó)粉體網(wǎng)2月12日訊 最近，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后楊圣雪、博士生李燕，在李京波研究員、李樹(shù)深院士和夏建白院士的團(tuán)隊(duì)中，在二維GaS超薄半導(dǎo)體的基礎(chǔ)研究中取得新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在2014年2月7日英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)主辦的《納米尺度》(Nanoscale)上，并被選為“熱點(diǎn)論文”(Hot Article)。
二維半導(dǎo)體材料擁有獨(dú)特的物理性質(zhì)，可以應(yīng)用于不同的技術(shù)領(lǐng)域，因此成為了納米交叉學(xué)科的研究熱點(diǎn)。石墨烯是目前研究最為廣泛的二維材料，但由于其帶隙為零，限制了它在許多領(lǐng)域中的應(yīng)用。作為石墨烯的類似物，具有半導(dǎo)體帶隙的金屬硫化物備受關(guān)注。這些二維半導(dǎo)體材料的光電器件具有優(yōu)越的性能，并且可以設(shè)計(jì)復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)。由于大的比表面積，這些二維材料具有很好的氣敏傳感能力。制備這些二維材料的單層或少層結(jié)構(gòu)有許多的方法，如微機(jī)械剝離、外延生長(zhǎng)、化學(xué)氣相沉積、液相剝離等等。近年來(lái)，以MoS2為代表的層狀過(guò)渡金屬硫化物在理論上和實(shí)驗(yàn)中都取得了重要的研究進(jìn)展。研究更多新的二維半導(dǎo)體材料，設(shè)計(jì)各種新的結(jié)構(gòu)和器件成為了半導(dǎo)體納米科學(xué)的一個(gè)重要部分。
在這種背景下，半導(dǎo)體所李京波小組設(shè)計(jì)了基于超薄GaS的紅外光探測(cè)器，研究了在不同氣體環(huán)境下該探測(cè)器的不同光響應(yīng)現(xiàn)象，并且基于第一性原理計(jì)算結(jié)果解釋了不同光響應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。GaS作為重要的金屬硫化物之一，具有高度各向異性的結(jié)構(gòu)，并且擁有優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械性質(zhì)。課題組設(shè)計(jì)的探測(cè)器對(duì)633nm的紅光展現(xiàn)出了高效快速并且穩(wěn)定的響應(yīng)，且在NH3環(huán)境下光敏性高達(dá)64.43 AW-1，同時(shí)得到了很高的外部量子效率(12621%)。NH3作為電子給體可以為GaS提供電子，增加了n-型GaS的載流子密度，而O2作為電子受體可以接受來(lái)自GaS的電子，從而減少GaS的載流子密度，所以在NH3環(huán)境下，該探測(cè)器得到比在空氣和O2條件下更好的光敏性質(zhì)。這些實(shí)驗(yàn)和理論中的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明新型超薄金屬硫化物二維半導(dǎo)體材料可以被用于高效的納米傳感器、光探測(cè)器、光開(kāi)關(guān)、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光電子電路等微納光電器件中。
該工作得到了國(guó)家杰出青年基金和科技部“973”項(xiàng)目的支持。
二維半導(dǎo)體材料擁有獨(dú)特的物理性質(zhì)，可以應(yīng)用于不同的技術(shù)領(lǐng)域，因此成為了納米交叉學(xué)科的研究熱點(diǎn)。石墨烯是目前研究最為廣泛的二維材料，但由于其帶隙為零，限制了它在許多領(lǐng)域中的應(yīng)用。作為石墨烯的類似物，具有半導(dǎo)體帶隙的金屬硫化物備受關(guān)注。這些二維半導(dǎo)體材料的光電器件具有優(yōu)越的性能，并且可以設(shè)計(jì)復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)。由于大的比表面積，這些二維材料具有很好的氣敏傳感能力。制備這些二維材料的單層或少層結(jié)構(gòu)有許多的方法，如微機(jī)械剝離、外延生長(zhǎng)、化學(xué)氣相沉積、液相剝離等等。近年來(lái)，以MoS2為代表的層狀過(guò)渡金屬硫化物在理論上和實(shí)驗(yàn)中都取得了重要的研究進(jìn)展。研究更多新的二維半導(dǎo)體材料，設(shè)計(jì)各種新的結(jié)構(gòu)和器件成為了半導(dǎo)體納米科學(xué)的一個(gè)重要部分。
在這種背景下，半導(dǎo)體所李京波小組設(shè)計(jì)了基于超薄GaS的紅外光探測(cè)器，研究了在不同氣體環(huán)境下該探測(cè)器的不同光響應(yīng)現(xiàn)象，并且基于第一性原理計(jì)算結(jié)果解釋了不同光響應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。GaS作為重要的金屬硫化物之一，具有高度各向異性的結(jié)構(gòu)，并且擁有優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械性質(zhì)。課題組設(shè)計(jì)的探測(cè)器對(duì)633nm的紅光展現(xiàn)出了高效快速并且穩(wěn)定的響應(yīng)，且在NH3環(huán)境下光敏性高達(dá)64.43 AW-1，同時(shí)得到了很高的外部量子效率(12621%)。NH3作為電子給體可以為GaS提供電子，增加了n-型GaS的載流子密度，而O2作為電子受體可以接受來(lái)自GaS的電子，從而減少GaS的載流子密度，所以在NH3環(huán)境下，該探測(cè)器得到比在空氣和O2條件下更好的光敏性質(zhì)。這些實(shí)驗(yàn)和理論中的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明新型超薄金屬硫化物二維半導(dǎo)體材料可以被用于高效的納米傳感器、光探測(cè)器、光開(kāi)關(guān)、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光電子電路等微納光電器件中。
該工作得到了國(guó)家杰出青年基金和科技部“973”項(xiàng)目的支持。
