a, Schematiskt diagram över BP-WSe2-heterostrukturen. Under ljusets upphetsning, elektron- och hålpar i WSe2 kan effektivt överföras till BP, vilket förbättrar dess MIR -fotoluminescens. b, Schematisk diagram över BP-MoS2 heterojunction dioden. Under en positiv förspänning mellan BP och MoS2, elektronerna på ledningsbandet på MoS2 kan övervinna barriären, gå in i ledningsbandet för BP, och rekombineras med rikliga hål i BP. Därigenom uppnås elektroluminescens Kredit:Xinrong Zong, Huamin Hu, Gang Ouyang, Jingwei Wang, Kör Shi, Le Zhang, Qingsheng Zeng, Chao Zhu, Shouheng Chen, Chun Cheng, Bing Wang, Han Zhang, Zheng Liu, Wei Huang, Taihong Wang, Lin Wang och Xiaolong Chen
Forskare har insett optiskt och elektriskt drivna mitten av infraröda (MIR) ljusemitterande enheter i en enkel men ny van der Waals (vdW) heterostruktur konstruerad av tunnfilms svart fosfor (BP) och övergångsmetalldikalkogenider (TMDC). Detta arbete tyder på att vdW-heterostruktur är en lovande plattform för mellaninfraröd forskning och applikationer.
MIR -spektra har använts i stor utsträckning för termisk avbildning, molekylkarakteriseringar, och kommunikation. Bland MIR -tekniker, MIR ljusdioder (LED) visar fördelarna med smal linjebredd, låg energiförbrukning, och bärbarhet. Sedan upptäckten av tunnfilm BP 2014, det har fått mycket uppmärksamhet på grund av dess unika egenskaper, såsom anisotropi i planet, hög mobilitet, och avstämbart bandgap, etc., vilket gör BP till ett lovande material för tillämpningar inom elektronik och optoelektronik.
BP har en tjockleksberoende (0,3-2 eV) bandgap, och bandgapstorleken kan justeras ytterligare genom att införa externt elektriskt fält eller kemisk dopning. På grund av dessa skäl, tunnfilm BP har betraktats som ett star MIR-material. Tidigare forskning fokuserade främst på luminescensegenskaperna för monoskikt och BP-flingor med få lager (med lagernummer <5 lager). Dock, de senaste rapporterna indikerar att tunnfilms-BP (> 7 lager) visar anmärkningsvärda fotoluminescensegenskaper i MIR -regionen.
I en rapport för tidningen Ljus:Vetenskap och applikationer , forskare föreslog en ny vdW-heterostruktur för MIR-ljusemissionsapplikationer, byggd från BP och TMDC (som WSe 2 och MoS 2 ). Enligt DFT -beräkningen BP-WSe 2 heterostruktur bildar en typ-I-bandinriktning. Därav, elektronen och hålpar i monoskiktet WSe 2 kan transporteras effektivt in i BP med smalband, därigenom förbättras MIR-fotoluminescensen av tunnfilms BP. En förbättringsfaktor ~ 200% uppnåddes i den 5 nm tjocka BP-WSe 2 heterostruktur.
Å andra sidan, BP-MoS 2 heterostruktur bildar en typ-II-bandinriktning. En naturlig PN-korsning bildas vid gränssnittet mellan p-typ BP och n-typ MoS 2 . När en positiv spänningsförspänning appliceras mellan BP och MoS 2 (Vds> 0), elektroner i MoS:s ledningsband 2 kan passera barriären och gå in i ledningsbandet för BP. På samma gång, majoriteten av hålen är blockerade vid gränssnittet inuti BP på grund av valensbandets stora Schottky -barriär. Som ett resultat, en effektiv MIR-elektroluminescens uppnås i BP-MoS 2 heterostruktur.
BP-TMDC vdW heterostrukturer har många fördelar, som en enkel tillverkningsprocess, hög effektivitet, och god kompatibilitet med kiselteknik. Därav, denna teknik ger en lovande plattform för att undersöka kisel-2-D hybrid optoelektroniska system.
