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二维半导体及异质结的生长与光电性能调控

近来，二维半导体及异质结的生长与光电性能调控受到热切关注，这里主要介绍我们在这方面的两个主要工作：（1）二维原子晶体超晶格允许集成高度不同的二维层状材料而不受晶格匹配的限制，因此具有可大范围调节的电子性质，从而提供了远超现有材料的独特功能和技术应用。然而，二维原子晶体超晶格的可控制备仍具有挑战性。我们开发了一种基于温和等离子体插层的新概念解决方案。我们利用自主发明的温和等离子体的平行电场将O2+离子插入到TMDs的层间，进而构造出人工原子晶体分子超晶格结构。由此产生的层间间隙膨胀可以有效地隔离TMDs单层，并赋予同质超晶格如MoS2[O2]x和异质超晶格如MoS2[O2]x/WS2[O2]x一些奇异的性能，例如前者的荧光增强100倍，后者的光电流增强100倍。（2）基于二维材料如MoS2或ReS2的光导型光电探测器虽然具有较高的响应度，但它们的响应时间通常在百豪秒甚至秒量级，因此限制了它们的实际应用。我们提出了一种2D合金化工程策略，并采用盐辅助的限域空间CVD方法成功制备了MoSnS2和ReSSe单层合金，使得合金光电探测器的响应时间大幅度减少。具体地，MoSnS2合金光电探测器的响应时间达到20毫秒，比MoS2光电探测器的2秒足足减少了两个数量级；ReSSe合金光电探测器的响应时间为15毫秒，也比ReS2光电探测器的200毫秒减少了一个数量级。我们还采用氢气辅助的限域空间CVD法制备了大面积的MoS2/WS2垂直异质结光电探测器，光响应时间达到35毫秒。

660 2021-05-12

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