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二维层状材料范德华异质结研究取得新进展

发布时间：2015-10-19 | 【打印】 【关闭】

　　层状材料是指：层内以强的共价键或离子键结合而成，而层与层之间依靠弱的范德华力堆叠在一起的一类新型材料。由于层间弱的相互作用力，在外力的作用下，层与层很容易相互剥离，从而可以形成二维层状材料。最典型的例子就是石墨烯。然而，由于石墨烯的零带隙能带结构，其在电子以及光电子方面的应用受到了很大的限制。以过渡金属双硫族化物为代表的非石墨烯二维层状材料，由于具有理想的禁带宽度，在电子以及光电子方面潜在的应用价值得到了广泛的研究。此外，在单纯的二维层状材料的基础上，将不同二维材料，以选定的顺序人为地堆砌在一起所形成的范德华异质结是最近两年的新兴研究领域，这主要是因为：通过将具有不同性质（电学以及光学等）的二维材料堆到一起，可以实现对组合而成的“新”材料的性质进行人工调控；由于层间弱的范德华作用力，相邻的层间不再受晶格必须相匹配的限制；并且，由于没有成分过渡，所形成的异质结具有原子级陡峭的载流子（势场）梯度；由于以过渡金属双硫族化物为代表的非石墨烯二维层状材料通常可以形成二类能带关系，因此以它们为基础搭建的异质结具有非常强的载流子分离能力；此外，由于超薄的厚度以及特殊的二维结构，使其具有强的栅极响应能力，以及与传统微电子加工工艺和柔性基底相兼容的特性。 

　　在对二维层状材料碲化镓（GaTe）的电子和光电子性质的研究基础上（ACS Nano, 2014, 8, 4859-4865），国家纳米科学中心何军课题组成功搭建了超薄碲化镓/二硫化钼（GaTe/MoS2）范德华p-n异质结，并对其整流特性、光伏特性以及光探测能力进行了系统的研究。他们发现，该异质结具有很强的栅极和温度相关的整流特性，其整流比最高可达到4 × 10^5；在光照下，该异质结具有很明显的光伏特性，其外量子效率最高可达61.68%，并且发现是Shockley Read Hall复合机制决定了光生载流子的衰减过程，此外，记录到了-0.7 mV/K的开路电压-温度系数；与此同时，该异质结具有21.83 AW-1和5737 %的高光响应度和光增益，更重要的是，其光探测度达到了8.4 × 10^13 Jones，这一数值比商业用的Si和InGaAs光探测器还要高。以上研究得到了审稿人的高度认可，发表在最新一期的Nano Letters上（http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.5b03291，DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03291）。 

　　上述工作得到了国家基础研究计划（973项目），中科院“百人计划”项目及国家自然科学基金的支持。

http://www.nanoctr.cn/zytp/201510/t20151019_4440979.html

何军：金属硫族二维半导体材料及其异质结

报告摘要：当材料的特征尺寸降低到纳米级别时，半导体就会展现出一些常规尺寸下所不具有的特性，例如量子限域效应、高的静电调控能力、以及强的光-物质相互作用。在众多的低维结构中，由于二维结构与传统微电子加工技术以及柔性基底具有非常好的兼容性，使得程二维结构的半导体材料在电子和光电子方面的革新浪潮中处于领导地位。因此，对二维半导体的研究具有重要意义。目前为止，本身具有层状和非层状结构的材料都可以以二维的形态被制备出来。其中，对于二维层状材料，尤其是过渡金属双硫族化物的研究已经取得了很大的进展。然而，这方面的研究还仍处于初始阶段，很多重要问题还亟待解决，更系统深入的研究还有待进行。另外值得注意的是，由于大多数半导体都具有非层状的晶体结构，因此实现非层状半导体的二维生长将具有重要的意义。基于以上的问题和挑战，我们的研究主要集中于二维金属硫族化物及其异质结的设计、合成以及应用方面。

何军，研究员，中国科学院大学岗位教授，中国科学院特聘研究员，国家杰出青年基金获得者，中组部“万人计划”中青年科技创新领军人才，科技部中青年科技创新领军人才。2003年在中国科学院半导体研究所获博士学位。2003-2007年，先后在荷兰艾茵霍温科技大学（Tu/e）、美国加州大学Santa Babara (UCSB)从事博士后研究工作。2007-2010年赴美国加州大学Los Angeles (UCLA)任研究科学家。2010年11月进入国家纳米科学中心任“百人计划”研究员。长期从事低维半导体材料及其电子、光电子器件应用研究。研究内容包括：1)新型低维半导体物理性质研究；2)基于新型低维半导体材料新原理、新结构的电子器件设计与制造；3)基于新型二维半导体材料及其异质结的下一代电子、光电子器件及其硅基集成研究。已发表SCI研究论文200余篇，其中包括Nature Electronics、 Science Advances、 Chemical Society Review、Nano Letters、Advance Materials、ACS Nano等影响因子大于10的50篇，论文引用超过5000次。现任Science Bulletin副主编，Elsevier旗下Materials Today Chemistry副主编，Elsevier旗下FlatChem编委，《自然》集团旗下杂志npj 2D materials and applications编委，英国物理学会IOP旗下Nanotechnology和Nano Futures编委。

https://lab.henu.edu.cn/info/1166/1476.htm