基于应变调控的混合维度范德华异质结学术资讯

来源：X一MOL资讯

半导体材料是信息产业的基础，以半导体材料构建的基本电子和光电器件单元是芯片与集成电路技术的核心。基于半导体材料异质结构是半导体器件的最基本结构单元。然而，传统半导体材料在亚十纳米尺寸下面临着制备与加工技术的物理极限。基于原子层厚度的二维材料所构成的范德华异质结被视为下一代电子/光电器件的基石。高效的界面电荷传输对于构筑基于范德华异质结构的高性能光电器件（快速响应的光电探测器、高效率的光伏电池）是至关重要的。由于二维材料具有优异的力学性能，应变工程被认为是一种有效的手段可以调控二维材料的能带结构，进而调控范德华异质结的界面传输。对于传统材料，应变调控的异质结构是通过晶格错配的生长实现的。然而，二维材料表面无悬挂键，所构筑的范德华异质界面缺少化学键的连接，使得这种已建立的应变技术不适用于范德华异质结。因此，构建具有纳尺度应变可控的范德华异质界面仍然是一个巨大的挑战。

北京科技大学张跃教授课题组将控制制备的一维氧化锌纳米阵列作为模板，利用“毛细技术”诱导二维材料（单层二硫化钼）产生应变，构筑了具有周期性应变的混合维度范德华异质结阵列。

作者系统研究了应变对异质结构阵列的界面载流子行为的影响机制，考虑了不同的内建电场对单层MoS2的光致发光强度的调控作用。在该具有应变的异质结体系下，不仅存在源自单层MoS2与ZnO的能带错配产生的内建电场，而且还存在由应变梯度引起的单层MoS2自身的内建电场，两种效应均可以有效调制单层MoS2的光致发光强度。当在ZnO阵列表面沉积Al2O3以隔绝与单层MoS2的相互作用（下图a），观察到了应变区域的单层MoS2的光致发光强度的增强（下图b），这是由于应变梯度诱导MoS2内部产生内建电场，引起了单层MoS2中的激子汇聚（下图c）。然而在单层MoS2与ZnO的异质结构中（下图d），发现了应变处的单层MoS2的光致发光强度显著降低（下图e），从而排除了应变梯度引起的激子汇聚在异质结中的作用，同时也证实了应变可以提高界面的载流子传输效率，导致单层MoS2的荧光淬灭（下图f）。

该研究证明了应变可以有效调控范德华界面的载流子传输，表明应变工程在调制范德华异质结界面输运方面的巨大潜力。通过扩展方法，可以设计出基于范德华异质结构的应变可调的高密度集成的光电器件。

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