Avances en Ingeniería del Automóvil
Acceso abierto
ISSN: 2167-7670
ISSN: 2167-7670
Duan Xidong y Duan Xiangfeng
Los materiales en capas bidimensionales, como el garfeno, el MoS2 y el WSe2, han atraído un interés considerable en los últimos tiempos como semiconductores después del Si y se han convertido en una plataforma material importante en la física de la materia condensada. y electrónica y optoelectrónica modernas. Sin embargo, los estudios realizados hasta la fecha generalmente se basan en escamas exfoliadas mecánicamente que siempre se limitan a materiales 2D simples, especialmente la estructura complicada lateral 2D no se puede preparar a través de la estrategia de exfoliación. Al igual que la técnica tradicional de semiconductores, la estructura complicada, como el control de la distribución espacial de la composición y la estructura electrónica del material semiconductor bidimensional, es esencial para construir todos los dispositivos electrónicos y optoelectrónicos modernos, incluidos transistores, diodos p???n, dispositivos fotovoltaicos/de detección. , diodos emisores de luz y diodos láser. Y muchos fenómenos físicos solo pueden aparecer en una estructura más complicada. Para explorar completamente el potencial de esta nueva clase de materiales, es necesario desarrollar estrategias sintéticas racionales de estructura compleja lateral bidimensional, como heteroestructura lateral, multiheteroestructura, superred, pozo cuántico, etc., con un desajuste de red relativamente pequeño (~4 %) entre MoS2 y MoSe2 o WS2 y WSe2, es posible producir heteroestructuras coherentes MoS2???MoSe2 y WS2???WSe2 a través de un proceso epitaxial lateral (Fig. 1a). Nuestros estudios indican que el crecimiento secuencial simple a menudo no produce las heteroestructuras deseadas porque el frente de crecimiento del borde se puede pasivar fácilmente después de la terminación del primer crecimiento y la exposición a las condiciones ambientales. Retener un frente de crecimiento de borde fresco y sin pasivar es importante para el crecimiento epitaxial lateral sucesivo. Con este fin, hemos diseñado un proceso de CVD térmico que permite el cambio in situ de los reactivos en fase de vapor para permitir el crecimiento epitaxial lateral de heteroestructuras laterales TMD de una o pocas capas. ¿Utilizamos esta técnica para realizar el crecimiento de MoS2 modulado por composición?
Heteroestructuras laterales MoSe2 y WS2???WSe2. De la Fig. 1 b, c, d, e podemos ver claramente la formación de heteroestructuras laterales WS2???WSe2. Las heteroestructuras laterales WS2???WSe2 con características de tipo p y n también pueden permitirnos construir muchos otros dispositivos funcionales, por ejemplo, un inversor CMOS. La Fig. 1g es la imagen óptica de la inversa construida usando las heteroestructuras laterales WS2-WSe2 y las curvas de salida-entrada y ganancia de voltaje. La ganancia de voltaje llega a 24. En un proceso típico de crecimiento secuencial para la heteroestructura lateral 2D, la degradación térmica excesiva o la nucleación incontrolada durante el cambio de temperatura entre los pasos de crecimiento secuencial representa el obstáculo clave para la formación confiable de la heteroestructura monocapa u otra estructura lateral complicada. Diseñamos un sistema CVD modificado. Usamos un flujo inverso desde el sustrato a la fuente durante el cambio de temperatura entre los sucesivos pasos de crecimiento. Un flujo directo desde la fuente de vapor químico solo se aplicó a la temperatura exacta de crecimiento. Con dicho flujo inverso, los materiales de monocapa existentes no estarán expuestos a altas temperaturas y fuentes de vapor químico en los pasos de aumento y disminución de la temperatura para minimizar la degradación térmica y eliminar la nucleación homogénea descontrolada. Con un alto grado de controlabilidad en cada paso, la integridad y la calidad de las heteroestructuras monocapa pueden conservarse bien después de múltiples pasos de crecimiento secuencial. Utilizamos nuestro enfoque inicialmente para la síntesis general de una amplia gama de heteroestructuras cristalinas 2D. También cultivamos superredes moduladas por composición más complejas o multiheteroestructuras, el número de períodos y el espaciado repetido se pueden variar fácilmente durante el crecimiento. El análisis HADDF-STEM de la estructura atómica de las heteroestructuras laterales y las multiheteroestructuras muestra que se puede observar claramente la interfaz atómicamente nítida.