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南京工业大学新方法制备超薄半导体材料
日期:2019-4-4 江苏化工网
      日前,南京工业大学王琳教授课题组制备了超薄的高质量二维碘化铅晶体,并且通过它实现了对二维过渡金属硫化物材料光学性质的调控。课题组的这一成果,发表在国际权威期刊《先进材料》(Advanced materials)上。

“我们首次制备的这一超薄碘化铅纳米片,专业术语称为‘原子级厚度的宽禁带二维PbI2晶体’,是一种超薄的半导体材料,厚度只有几个纳米。而且,我们采用了溶液法来合成,这种方法对设备要求很低,具有简单、快速、高效的优点,能够满足大面积和高产量的材料制备需求。合成出的碘化铅纳米片具有规则的三角形或者六边形形状,平均尺寸六微米,表面光滑平整,光学性能良好。”论文第一作者、南京工业大学博士研究生孙研说,“之后,我们把这一超薄的碘化铅(PbI2)纳米片与二维过渡金属硫化物(TMDs)结合,进行人工设计,把它们堆叠到一起,制备出了不同类型的PbI2/TMDs异质结。我们发现碘化铅(PbI2)纳米片的光学带隙很特别,和不同的单层TMDs材料之间能够形成不同的界面能级排列,因此能够获得不同类型的异质结,因为能级排列方式不一样,因此碘化铅能够对不同TMDs材料的光学表现起到不同影响。”

据介绍,二维过渡金属硫化物材料包括MoS2WS2WSe2,经过理论计算和实验结果表明,MoS2/PbI2异质结(即一型异质结)形成跨立型能带排列,这种能带结构可以有效地增强单层MoS2发光,提高发光效率,有利于制作像发光二极管、激光这类的器件,应用在显示与照明中;WS2/PbI2WSe2/PbI2异质结(即二型异质结)属于错开型能带排列,表现为WS2WSe2发光强度减弱、光生电子和空穴向相反的方向传输,可以利用在光电探测器、光伏器件等领域。

    这一工作成果实现了超薄碘化铅对二维过渡金属硫化物材料光学性质的调控,充分展现了其在二维材料能带工程中的灵活性和多样性,与传统以硅基材料为主体的光电子器件相比,课题组的这一新方法,由于所采用的材料具有柔性、微纳尺寸特点,因此可以应用在制备柔性化、可集成的光电子器件方面,基于碘化铅纳米片的二维半导体异质结,在可集成化的微纳光电器件领域有着广阔的应用前景,为制造太阳能电池、光电探测器等等,也提供了一个新思路。
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