Professor Jong-Soo Lee (höger) med Min-Hye Jeong (vänster), en student från det integrerade master- och doktorandprogrammet, bredvid deras observationsenheter för experimentet Credit:DGIST
2-D material, som består av ett enda lager av atomer, revolutionerar området elektronik och optoelektronik. De har unika optiska egenskaper som deras skrymmande motsvarigheter inte har, främja skapandet av kraftfulla energienheter (t.ex. optiska fibrer eller solceller). Intressant, olika 2-D-material kan staplas ihop i en 'heterojunction'-struktur, för att generera ljusinducerad elektrisk ström (eller fotoström). För att göra detta på ett optimalt sätt, det är viktigt att hitta rätt balans mellan de laddade partiklarna (kallade elektroner och hål) och energin som produceras av dem.
Även om kemisk behandling av materialets yta ("kemisk dopning") kan hjälpa till viss del, denna teknik är inte särskilt effektiv i 2-D-material. En annan lösning är att styra laddningsegenskaperna genom att ställa in spänningen på ett exakt sätt, en teknik som kallas "elektrostatisk dopning". Denna teknik, dock, behöver utforskas ytterligare.
Ett team av forskare från Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, Korea, ledd av professor Jong-Soo Lee, bestämde sig för att göra detta, i en studie publicerad i Advanced Science. För detta, de byggde en multifunktionell enhet, kallas en fototransistor, består av 2-D heterojunctions. Huvudstrategin i deras design var den selektiva tillämpningen av elektrostatisk dopning på ett specifikt lager.
Prof Lee förklarar vidare utformningen av deras modell, "Vi tillverkade en multifunktionell 2-D heterojunction fototransistor med en lateral p-WSe 2 /n-WS 2 /n-MoS 2 struktur för att identifiera hur fotoströmmar och brus skapades i heterojunctions. Genom att kontrollera de elektrostatiska förhållandena i ett av skikten (n-WS 2 ), vi kunde kontrollera laddningen som fördes till de andra två skikten. "Det faktum att forskarna kunde kontrollera laddningsbalansen gjorde det möjligt för dem att observera såväl fotströmmens ursprung som den oönskade brusströmmen, med hjälp av ett kartläggningssystem för fotoströmmar. De kan också studera avgifterna i förhållande till de villkor som de ställer. Men den mest intressanta delen var att när laddningskoncentrationen var optimal, heterojunction -strukturen visade snabbare och högre fotoresponsivitet samt högre fotodetektivitet!
Heterojunction -strukturer som använder 2D -material visar en enorm potential när det gäller att bygga avancerade optoelektroniska enheter, men att använda dem på ett optimalt sätt, förstå deras laddningsegenskaper är avgörande. Upphovsman:Shutterstock
Dessa fynd belyser vikten av laddningsbalans vid heterojunctions, möjligen banar väg för avancerade optoelektroniska enheter. Prof Lee avslutar, "Vår studie avslöjar att även om laddningstätheten för de aktiva materialen i de skiktade strukturerna inte är perfekt matchade, det är fortfarande möjligt att skapa en optoelektronisk enhet med utmärkta egenskaper genom att ställa in laddningsbalansen genom grindspänningen. "
