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通过六方氮化硼隧穿触头介导的2D异质结构中的本征输运

导读: 二维材料可堆叠或缝合在一起形成范德华异质结构,为下一代光电子技术构建了创新设备。

【引言】

最近,过渡金属二硫族化合物由于它们在空间上受限时的独特性质而进入材料研究的前沿,当这些范德华材料通过化学气相沉积实现单层极限时,从块体中机械剥离,它们表现出与其大量对应物基本上不同的现象。这些包括间接到直接的带隙转换。此外,二维材料可堆叠或缝合在一起形成范德华异质结构,为下一代光电子技术构建了创新设备。

【成果简介】

近日,来自美国西北大学的Vinayak P. Dravid(通讯作者)的团队在 Nano Lett.发表了题为Intrinsic Transport in 2D Heterostructures Mediated through h-BN Tunneling Contacts的文章,应用六方氮化硼(h-BN)隧道接触方案来探测通过化学气相沉积生长的横向TMD异质结的特征。首先通过扫描光电流显微镜来测量穿过连接点的电子特性,然后阐明光电子产生机制。这项工作是第一次将这种封装方案应用于横向异质结构,并作为未来电子材料测量的参考。同时它也是一个框架,可以更准确地评估2D异质结构的电子传输特性,并更好地为未来的器件架构提供信息。

【图文导读】

图1:MoS2 / WS2横向异质结构

通过六方氮化硼隧穿触头介导的2D异质结构中的本征输运

a: 固定费米能级在界面处导致肖特基势垒的示意图;

b: 通过六方氮化硼隧道层启用的欧姆接触的示意图;

c: MoS2/ WS2横向异质结构的原子模型;

d: 化学气相沉积装置的示意图;

e: 封装异质结器件的示意图。

图2 :MoS2 / WS2横向异质结构的表征

通过六方氮化硼隧穿触头介导的2D异质结构中的本征输运

a: 横向异质结构的拉曼图;

b: 来自单个材料的拉曼光谱;

c: 光致发光图;

d: 单个材料的光致发光光谱

e: 横向异质结构的原子力显微镜图;

f: 部分e中白色虚线上的原子力显微镜高度剖面图;

g: 横向异质结构的二次离子质谱(SIMS)图谱。

图3:封装方法

通过六方氮化硼隧穿触头介导的2D异质结构中的本征输运

a: 通过变化的栅极偏置输出WS2(a)和MoS2(d)的曲线;

b: 在具有变化的栅极偏置的封装的WS2(b)和MoS2(e)器件上的输出曲线;

c: 跨非封装WS2(红色曲线)、封装WS2(黑色曲线)、(f)跨非封装MoS2(红色曲线)、封装MoS2(黑色曲线)的传输曲线;

图4:封装的结点的属性

通过六方氮化硼隧穿触头介导的2D异质结构中的本征输运

a: 描绘各种偏置方案对MoS2/WS2的能带结构的影响;

b: 封装结处的半对数输出曲线;

c: 具有有和不具有照明的源极-漏极扫描。

图5:扫描光电流映射分析

通过六方氮化硼隧穿触头介导的2D异质结构中的本征输运

a: 正向偏压下的光电流产生图;

b: 在正向偏差状态下横过水平线的线扫描;

c: 反向偏压下的光电流产生图;

d: 没有偏压的光电流产生图;

e: 在反向偏差和无偏倚状态下对水平虚线进行线扫描。

【小结】

该团队利用六方氮化硼封装和隧道接触方法来检查通过CVD生长的MoS2/WS2横向异质结的特性。使用常规金属接触几何形状存在强烈的整流行为,但研究人员注意到封装结构的整流比下降了近2个数量级,这更能代表2D横向异质结构性质,并且可用作未来电子测量的参考。同时通过h-BN隧道势垒的光学透明特性实现了异质结构的光电测量,通过扫描光电流显微镜研究结果,能够检查导致横向异质结构中没有外部变量的光电流产生的机制。通过这项工作,他们强调二维材料的电子传输非常容易受到外部环境的影响,但借助于隧道接触能够保密地提取单层TMD及其异质结构的光电特性。

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