Neue Fortschritte in der Forschung zum zweidimensionalen Halbleiter-Heteroübergang

Kürzlich arbeitete Kangjun, Doktorand am National Key Laboratory of Superlattice am Institut für Halbleiter der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und im Forschungsteam von Lijingbo, Lishushen und Xiajianbai, mit Dr. Wanglinwang vom Lawrence Berkeley National zusammen Labor (LBNL). Das Forschungsteam hat neue Fortschritte in der Grundlagenforschung des zweidimensionalen Halbleiter-Heteroübergangs erzielt. Die relevanten Ergebnisse wurden am 30. September in den NanoLetters der American Chemical Society veröffentlicht.

Halbleiter-Heteroübergang ist eine Struktur, die durch den Kontakt verschiedener Halbleitermaterialien gebildet wird. Da die beiden Halbleitermaterialien, aus denen der Heteroübergang besteht, unterschiedliche physikalische Parameter wie Bandlückenbreite, Elektronenaffinitätsenergie, Dielektrizitätskonstante und Absorptionskoeffizient aufweisen, weist der Heteroübergang viele Eigenschaften auf, die sich von denen eines einzelnen Halbleitermaterials unterscheiden. Im traditionellen Halbleiterbereich weisen elektronische Bauelemente, die mit einem Halbleiter-Heteroübergang als Kern hergestellt sind, wie Fotodetektoren, Leuchtdioden, Solarzellen, Laser usw., häufig eine überlegene Leistung auf als ähnliche Bauelemente aus Einzelhalbleitermaterialien.

In den letzten Jahren hat sich eine neue Art von zweidimensionalem Halbleitermaterial, das durch zweidimensionales Molybdändisulfid (MoS2) und Molybdänselenid (MoSe2) repräsentiert wird, schnell zur Forschungsgrenze auf dem Gebiet der Materialwissenschaften entwickelt. Die Dicke solcher Halbleiter beträgt nur wenige Atome, und es wird erwartet, dass sie eine zweidimensionale Plattform für eine neue Generation elektronischer Geräte werden. Die Akkumulation verschiedener zweidimensionaler Halbleiterschichten bildet einen zweidimensionalen Halbleiter-Heteroübergang, und die neuartigen physikalischen Phänomene in einem solchen Heteroübergang sind auch zu einem Schwerpunkt der internationalen Nanotechnologieforschung geworden.

In diesem Zusammenhang wandte das Forscherteam von Semiconductor und LBNL das erste Prinzip an, um die Struktur und die elektronischen Eigenschaften des zweidimensionalen MoS2 / MoSe2-Heteroübergangs zu berechnen. Die zweidimensionalen MoS2- und MoSe2-Monoschichten weisen 4,4% Gitterfehlanpassungen auf. Durch die Berechnung der Verformungsenergie und der Bindungsenergie wurde festgestellt, dass die Stärke des Bindungseffekts von Fandewaersi zwischen ihnen nicht ausreichte, um diese Fehlpaarung zu beseitigen, um einen Heteroübergang der Gitteranpassung zu bilden, sondern um eine Struktur namens Moiré Patters zu bilden.

Im Mohs-Muster sind auch die Akkumulationsmethoden von MoS2 und MoSe2 in verschiedenen Regionen unterschiedlich, was zu unterschiedlichen Zwischenschichtkopplungseffekten und unterschiedlichen elektrostatischen Potentialen in verschiedenen Regionen führt, was einen signifikanten Einfluss auf die elektronische Struktur des Heteroübergangs hat. Um den regulatorischen Effekt des Mohs-Musters auf die elektronische Struktur des Heteroübergangs weiter zu untersuchen, wurde ein neuer linearer Skalierungsalgorithmus verwendet, um die Kantenwellenfunktion einer MoS2 / MoSe2-Mos-Muster-Superzelle mit 6630 Atomen zu berechnen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kavitationswellenfunktion am oberen Rand des Valenzbandes auf den Bereich mit starker Zwischenschichtkopplung beschränkt ist, während die Elektronenwellenfunktion am unteren Rand des Leitungsbandes relativ erweitert ist und nur eine schwache Lokalität zeigt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Bildung des Mohs-Musters und die daraus resultierende Lokalisierung der Wellenfunktion die universellen Eigenschaften des zweidimensionalen Halbleiter-Heteroübergangs sind. Diese neuen Erkenntnisse werden theoretische Leitlinien für die Herstellung zweidimensionaler Halbleiter-Heteroübergangsvorrichtungen liefern.

Diese Arbeit wurde vom National Outstanding Youth Fund und dem Projekt "973" des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie unterstützt.

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