奧地利成功研制出二維晶體PN結(jié)二極管為光電子變革奠基

時(shí)間：2014-03-28 11:21:34

關(guān)鍵字：二極管光電子晶體石墨烯

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[導(dǎo)讀]電子設(shè)備中使用的半導(dǎo)體通常是利用三維晶體研制的晶體硅制成的。這些晶體不僅彈性低、重量大，而且制造成本高。此外，其它的方法，如有機(jī)半導(dǎo)體和薄膜技術(shù)會(huì)使材料的質(zhì)量和耐久性都較差。近日，奧地利維也納大學(xué)光子

電子設(shè)備中使用的半導(dǎo)體通常是利用三維晶體研制的晶體硅制成的。這些晶體不僅彈性低、重量大，而且制造成本高。此外，其它的方法，如有機(jī)半導(dǎo)體和薄膜技術(shù)會(huì)使材料的質(zhì)量和耐久性都較差。近日，奧地利維也納大學(xué)光子學(xué)研究所的一組研究人員利用晶體材料成功研制出了一種特殊類(lèi)型的二極管，該材料只有幾個(gè)原子層厚。這種超薄晶體的性能為太陽(yáng)能電池、光電二極管和發(fā)光二極管開(kāi)創(chuàng)了以前無(wú)法想象的可能性。此項(xiàng)工作已在3月份的《自然納米技術(shù)》中發(fā)表，為二維光電子技術(shù)的顯著進(jìn)展鋪平道路。

二維光子晶體——晶體材料只有一個(gè)或幾個(gè)原子厚——提供了更好的成功幾率。它們可以經(jīng)濟(jì)靈活地實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，并可展現(xiàn)出晶體材料的所有優(yōu)點(diǎn)。奧地利團(tuán)隊(duì)成功地利用這種二維晶體研制出第一個(gè)PN結(jié)二極管，從而為光電子變革奠定了基礎(chǔ)。

Thomas Mueller教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)使用的原材料是鎢硒（WSe2），這種材料具有比石墨烯更優(yōu)異的特性，是目前知名的二維材料。Mueller解釋說(shuō)，“鎢硒存在帶隙，電子需要一定的能量跨越到導(dǎo)帶上。石墨烯無(wú)法輕易提供許多電子元件的這個(gè)基本要求?！眻F(tuán)隊(duì)為開(kāi)展進(jìn)一步的工作，首先要從三維晶體中機(jī)械“剝離”出厚度只有0.7納米、二維結(jié)構(gòu)的鎢硒?！拔覀冸S后使用復(fù)雜的程序檢測(cè)是否已成功得到二維晶體，因?yàn)橹挥羞@樣薄的材料才能展現(xiàn)所要求的特性，”Mueller指出。光譜分析、光學(xué)對(duì)比度測(cè)量和原子力顯微鏡證實(shí)該研究達(dá)到了預(yù)期效果。然后將單層鎢硒放置在兩個(gè)電機(jī)之間測(cè)量其電特性。這樣證實(shí)PN結(jié)二極管的功能：有可能注入正負(fù)電荷，電流只在一個(gè)方向上流動(dòng)。

“單層鎢硒晶體形式在理論上是PN結(jié)二極管的一個(gè)理想起始材料，但此前從未得到證實(shí)，我們現(xiàn)在做到了。我們測(cè)定了光電轉(zhuǎn)化的效率為0.5％，”Mueller補(bǔ)充道，世界上首次證實(shí)了二維晶體材料的光電特性。95％的高透明性意味著該材料可同時(shí)用于窗戶(hù)玻璃和太陽(yáng)能電池。還可將幾層這種超薄材料堆疊在一起將效率提高10％。該材料用作光電二極管的功能已被證實(shí)，其靈敏度高于石墨烯。該性能可通過(guò)電光轉(zhuǎn)換被進(jìn)一步增強(qiáng)。