Shijie Duan 1,2Ming Yang 1,2Suyuan Zhou 1,3Longhui Zhang 1,4[ ... ]Jiayu Dai 1,2,**
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, College of Science, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Hunan Key Laboratory of Extreme Matter and Applications (XMAL), Changsha 410073, China
3 Hunan Key Laboratory for Micro-Nano Energy Materials and Devices, School of Physics and Optoelectronics, Xiangtan University, Xiangtan 411105, China
4 Guangxi Key Laboratory of Automatic Detecting Technology and Instrument, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China
Two-dimensional (2D) van der Waals materials have attracted tremendous attention due to their versatile physical properties and flexible manipulation approaches. Among the various types of van der Waals materials, α-In2Se3 is remarkable for its intrinsic 2D ferroelectricity and high-performance opto-electronic properties. However, the study of the α-In2Se3 system in terahertz (THz) radiation is scarce, although it is promising for electrically controlled THz field manipulation. We investigate the α-In2Se3 in different thicknesses and report that the THz generation efficiency induced by femtosecond laser pulses can be largely improved by reducing the thickness from the bulk. Furthermore, we reveal the surge current in thin film coupled with THz emission exhibits a different Auger recombination mode, which is helpful in understanding the mechanism and provides insights into the design of 2D highly efficient THz devices.
van der Waals terahertz carrier dynamics 
Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 013202
作者单位
摘要
1 联合微电子中心有限责任公司, 重庆 400030
2 模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 400060
以MoS2为代表的二维半导体材料是下一代延续摩尔定律的潜在电子学新材料之一。然而,二维特性使得MoS2中电子的输运行为对环境条件高度敏感。采用范德华绝缘体材料进行封装包覆,是目前消除二维半导体器件环境敏感性的有效方案之一。文章采用化学气相传输法制备新型范德华绝缘体材料CrOCl,并以少层CrOCl为介电层和封装材料,设计并制备了基于MoS2的场效应晶体管。以CrOCl为底栅介电层及封装材料的MoS2晶体管的室温场效应迁移率约为60 cm2·V-1·s-1,2 K下进一步增大至100 cm2·V-1·s-1。此外,相比于无封装MoS2晶体管高达20 V的回滞窗口,CrOCl的包覆有效消除了晶体管转移特性的回滞现象,证明其在二维材料电子学中的应用潜力。
范德华绝缘体CrOCl MoS2场效应晶体管 介电层 封装材料 回滞现象 van der Waals insulator CrOCl MoS2 field effect transistor dielectric layer encapsulation material hysteresis 
微电子学
2023, 53(2): 315
作者单位
摘要
1 南京邮电大学理学院, 南京 210023
2 南京邮电大学材料科学与工程学院, 南京 210023
3 河南大学物理与电子学院, 开封 475004
利用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了不同层数MoS2和VS2堆垛形成的范德瓦耳斯异质结的电子结构和光学性能。通过从头算分子动力学验证了两种异质结在室温下的稳定性。此外, 两种异质结均显示p型肖特基接触, 但相较于单层MoS2构成的异质结, 在双层MoS2和VS2堆垛形成的异质结中, 势垒高度从0.36 eV显著降低到0.08 eV, 有效地形成了低接触电阻, 有助于降低载流子输运损失的能量。光吸收光谱的计算表明, 双层MoS2构成的异质结具有更高的吸收峰值。研究成果对基于MoS2的异质结设计以及在高性能光电器件方面的应用提供了理论依据。
密度泛函理论 电子结构 范德瓦耳斯异质结 肖特基势垒 光吸收 density functional theory MoS2 MoS2 electronic structure van der Waals heterojunction Schottky barrier light absorption 
人工晶体学报
2023, 52(11): 2007
成田恬 1张坤 2罗曼 1,2,*孟雨欣 1[ ... ]余晨辉 1,***
作者单位
摘要
1 南通大学 信息科学技术学院 江苏省专用集成电路设计重点实验室,江苏 南通 226019
2 中国科学院上海技术物理研究所 红外物理国家重点实验室,上海 200083
由低维InAs材料和其他二维层状材料堆叠而成的垂直范德华异质结构在纳米电子、光电子和量子信息等新兴领域中应用广泛。探索跨结界面的电荷转移机制对于全面理解该类器件的非凡特性至关重要。第一性原理计算在揭示界面电荷转移特性与各种能量稳定型InAs基范德华异质结的电、光、磁等原理物理特性和器件性能变化之间的内在关系方面发挥着不可比拟的作用。文中梳理、总结和探讨了近年来InAs基范德华异质结间界面电荷转移特性的理论研究工作与潜在的功能应用,提出在理论方法和计算精度方面大力发展第一性原理计算的几个途径,为更好地开展InAs基范德华异质结的基础科学研究和应用器件设计提供可借鉴的量化研究基础。
InAs异质结 范德华堆叠结构 界面电荷转移 第一性原理计算 InAs heterojunction van der Waals stacking configuration interfacial charge transfer first-principles calculations 
红外与毫米波学报
2023, 42(5): 666
刘苹 1,2徐威 1,2熊峰 1,2江金豹 1,2[ ... ]朱志宏 1,2,*
作者单位
摘要
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院&新型纳米光电信息材料与器件湖南省重点实验室,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
过渡金属硫族化合物及其范德华异质结在光电探测方面具有重要的应用前景。近年来,基于光电导效应、光诱导栅控效应、光伏效应、光-热电效应等机理的器件被提出并广泛研究。其中,基于光诱导栅控效应的过渡金属硫族化合物平面型光电器件因其与晶体管相近的器件结构、工艺兼容性以及较高的光电探测响应率而备受关注,然而往往存在响应速度慢、不施加栅压时暗电流大等缺点,制约了器件性能的进一步提升。因此,针对过渡金属硫族化合物光诱导栅控型光电器件,如何提高其响应速度、降低暗电流成为亟需解决的重要问题。该研究通过实验构建石墨烯/MoS2/h-BN/石墨烯垂直异质结构,在传统石墨烯/MoS2异质结中插入宽禁带h-BN势垒层以抑制器件暗电流,同时利用光照条件下光生载流子的FN隧穿效应提升器件的光电响应速度。该研究成功实现了皮安量级的暗电流以及相对较快的光电探测响应速度(响应时间约为0.3 s),相比于传统石墨烯/MoS2异质结器件(响应时间约为20 s)有近两个数量级的提升,同时验证了基于FN隧穿效应的范德华垂直异质结构对于增强光电探测性能的积极作用。
光电探测器 范德华垂直异质结 FN隧穿 MoS2 h-BN 石墨烯 photodetector van der Waals vertical heterostructure FN tunneling MoS2 h-BN graphene 
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230217
作者单位
摘要
1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子(未来技术)学院,江苏 南京 210023
2 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室,江苏 南京 210023
3 苏州大学光电科学与工程学院,江苏 苏州 215006
4 香港中文大学电子工程系,香港 999077
由二维材料制成的范德华异质结为设计和实现多功能和高性能的电子、光电设备提供了竞争机会。为了构建能够在室温下工作的异质结,选择一种五边形二维层状贵金属过渡金属双硫分子配合物PdSe2,其具有空气稳定性及高电子场效应迁移率。在刚性SiO2/Si衬底上制造的InSe器件具有约50 ms的响应时间,在光开关中表现出长期稳定性,能够在柔性基板上运作。在肖特基结和异质结的适当能带对准设计下,PdSe2和InSe构成的异质结构在室温下显示出超过106的高反向整流比和低于pA的超低正向电流,同时具有超过108的高电流开/关比。因此,PdSe2 / InSe范德华异质结可以用作超灵敏的光电探测器,表现出明显的光伏效应,具有光谱检测能力。该研究为基于二维材料的范德华集成和设计以及光电多功能设备的能带对准技术提供了新思路。
PdSe2 InSe 范德华异质结 光电探测器 PdSe2 InSe van der Waals heterojunction photodetector 
激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316019
白玲 1,2宁静 1,2张进成 1,2王东 1,2,3[ ... ]李忠辉 4
作者单位
摘要
1 西安电子科技大学宽带隙半导体技术国家重点学科实验室, 西安 710071
2 西安电子科技大学石墨烯陕西联合重点实验室, 西安 710071
3 西电芜湖研究院, 芜湖 241000
4 南京电子器件研究所碳基电子学CETC重点实验室, 南京 210016
随着氮化镓(GaN)在高功率领域的广泛应用, GaN基器件的散热性能成为了制约其功率密度的主要因素, 因此开辟新的热管理方案至关重要。具有高热导率的金刚石衬底可以用于改善GaN器件的散热问题。然而, 由于金刚石和GaN之间的天然晶格失配, 在金刚石衬底上GaN的直接外延仍然是一个难以克服的问题。本工作以二维材料/Al组分渐变的AlGaN异质结作为衬底与外延层之间的成核层, 在多晶金刚石衬底上实现了单晶GaN薄膜的范德瓦耳斯外延。其中, 二维材料可以有效屏蔽掉衬底与外延层晶格不匹配带来的不良影响, 而Al组分渐变的AlGaN缓冲层结构可实现Ga原子和N原子的有序迁移, 进而精确地控制GaN薄膜的生长。本工作为异质衬底上高质量生长氮化物提供新思路。实验结果表明, 成核层的引入有效地消除晶格失配的影响, 从而打破了金刚石衬底上难以直接外延单晶GaN薄膜的瓶颈。本工作为GaN基器件的功率密度的进一步提升提供了基础。
金刚石 范德瓦耳斯外延生长 高散热 Al组分渐变 二维材料 GaN GaN diamond van der Waals epitaxial growth high heat dissipation Al component gradient two-dimensional material 
人工晶体学报
2023, 52(5): 901
作者单位
摘要
上海科技大学物质科学与技术学院, 上海 201210
α-MoO3是一种典型的层状半导体过渡金属氧化物, 其独特的电子结构和晶格结构使其近些年来被广泛研究。相比于体相α-MoO3, α-MoO3薄膜因二维几何限制而具有优异的光学、电学和力学性质。然而, 单层无缺陷的α-MoO3薄膜的外延生长迄今尚未实现。本研究在超高真空条件下使用分子束外延技术, 首次在高定向热解石墨(HOPG)上范德瓦耳斯外延制备了单层无缺陷的半导体α-MoO3薄膜, 并通过氢气还原的方法产生线型缺陷, 使用扫描隧道显微镜研究了完整单层薄膜及缺陷处的形貌结构和表观能隙。结果表明: 通过精确控制衬底温度可以在HOPG衬底上制备出高质量单层α-MoO3薄膜; 薄膜厚度和单胞大小均符合单层α-MoO3特征, 扫描隧道谱显示其表观能隙为1.7 eV; 所生长薄膜的高质量可以通过衬底HOPG的摩尔纹进一步证实。通过引入氢气可以在薄膜表面获得与摩尔纹方向垂直的明亮线缺陷, 缺陷处的局域表观能隙为0.4 eV, 即在一个整体为宽表观能隙的半导体材料中间实现了局部的具有窄表观能隙的通道。
薄膜 高定向热解石墨 范德瓦耳斯外延 半导体 表观能隙 α-MoO3 α-MoO3 thin film HOPG van der Waals extaxy semiconductor apparent energy gap 
人工晶体学报
2023, 52(5): 886
Author Affiliations
Abstract
1 Materials Science Factory, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), Madrid E-28049, Spain
2 Department of Chemistry, College of Science, King Saud University, Riyadh 11451, Saudi Arabia
3 Key Laboratory of Light Field Manipulation and Information Acquisition, Ministry of Industry and Information Technology, and Shaanxi Key Laboratory of Optical Information Technology, School of Physical Science and Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710129, China
4 School of Advanced Materials and Nanotechnology, Xidian University, Xi’an 710071, China
Paper-based devices have attracted extensive attention due to the growing demand for disposable flexible electronics. Herein, we integrate semiconducting devices on cellulose paper substrate through a simple abrasion technique that yields high-performance photodetectors. A solvent-free WS2 film deposited on paper favors an effective electron-hole separation and hampers recombination. The as-prepared paper-based WS2 photodetectors exhibit a sensitive photoresponse over a wide spectral range spanning from ultraviolet (365 nm) to near-infrared (940 nm). Their responsivity value reaches up to ~270 mA W?1 at 35 V under a power density of 35 mW cm?2. A high performance photodetector was achieved by controlling the environmental exposure as the ambient oxygen molecules were found to decrease the photoresponse and stability of the WS2 photodetector. Furthermore, we have built a spectrometer using such a paper-based WS2 device as the photodetecting component to illustrate its potential application. The present work could promote the development of cost-effective disposable photodetection devices.
paper electronics photodetector van der Waals materials solvent-free deposition tungsten disulfide 
Opto-Electronic Advances
2023, 6(3): 220101
作者单位
摘要
中国电子科技南湖研究院, 嘉兴 314000
与传统硅基电子相比, 柔性电子因其独特的便携性、折叠卷曲性和生物相容性被广泛研究。柔性存储器作为柔性电子重要分支, 在可穿戴设备、智慧医疗、电子皮肤等领域展现出良好的应用前景。同时随着5G、人工智能、物联网等新一代信息技术深入应用, 市场对高密度、非易失、超低功耗柔性存储器的需求持续释放, 催生了柔性铁电存储器件的研究热潮。本文综述了近年来柔性无机铁电薄膜的制备及其在存储器领域应用进展。首先介绍了柔性铁电薄膜制造技术的发展情况, 包括柔性基板上的范德瓦耳斯异质外延、刚性基板上的化学蚀刻分层、新型二维(2D)铁电材料生长等, 然后介绍了基于无机铁电薄膜的柔性存储器的研究进展, 最后对柔性铁电存储器的未来发展进行了展望。
柔性 无机材料 铁电薄膜 范德瓦耳斯异质外延 化学蚀刻 二维铁电材料 存储器 flexible inorganic material ferroelectric thin film van der Waals heteroepitaxy chemical etching 2D ferroelectric material memory 
人工晶体学报
2023, 52(3): 380

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