α-MnSe纳米片和α-MnSe/WS2垂直P-N结的CVD合成及表征

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近年来,随着对二维(2D)材料逐渐深入,人们渐渐发掘出了二维材料家族全方位的物理性能,从石墨烯导体到Mo S2半导体,再到绝缘h-BN,产生了许多令人兴奋的新兴物理发现。由于二维原子半导体型材料及其异质结构具有多种新颖的性质,在构建新一代高度紧凑的电子和光电子器件方面具有潜在的应用前景。然而,目前关于二维纳米材料的研究主要局限于天然层状材料,对其研究较为深入。新兴的2D非层状材料(2D NLMs)结合了块材的优异性质和2D几何的优越性,已经为设计下一代光电器件提供了广阔的机会。可与层状材料不同的是,由于缺乏二维各向异性生长的驱动力,这些材料通常倾向于堆叠成三维(3D)结构。因此,精确控制非层状超薄纳米晶体的生长仍然是一个关键的挑战。而在非层状半导体中,不乏许多本征P型半导体。过去十几年中,关于2D-P型半导体的研究的少之又少。因此,直接生长合成2D-P型半导体对二维材料领域而言是一项重要的突破。不仅可以扩大二维P型半导体家族,还有望对其他新型二维P型半导体的发现和研究提供帮助。此外,半导体P-N结是最先进光电架构的基础,探索新兴二维P型半导体有利于制备二维P-N结并对其光电学性能进行研究。因此,拓宽二维P型半导体、探明非层状材料的各向异性生长以及研究二维非层状材料的电子学、光电子学性能具有重要意义。为此,本文主要展开了以下工作:(1)采用一种盐辅助范德华外延(vdWE)方法在云母上外延生长了大面积超薄二维非层状P型半导体α-MnSe。通过增加载气流量,可以系统地将α-MnSe纳米片的厚度从150 nm以上缩减到0.9 nm。拉曼光谱、X射线衍射、透射电子显微镜和电子衍射研究证实,所得到的2D纳米片是高质量的单晶。基于P型α-MnSe纳米片的光电探测器,响应时间可达4 ms。(2)通过物理气相沉积(PVD)和vdWE两步合成法,我们还制备了α-MnSe/WS2异质结构,基于P型α-MnSe和N型WS2的二极管具有优异的光探测性能(1.00×1013 Jones)、高的光响应性(49.1 A W–1)和明显的整流比(283)。
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