静电掺杂提高二维半导体性能

美国的研究人员已经表明优化二维半导体的电势能大大提高其光输出,这一发现可能有助于这些材料在光电子学找到新的应用程序。

2 d、单层二硫化钼等半导体(MoS)₂)有一天使工程师能够生产超薄,灵活的led和太阳能电池。然而,目前他们是无效率的。

照明半导体的光足够的频率产生激子(电子空穴对)。最重要的参数的半导体光电子学中使用的光致发光量子产率,激子的比例衰减产生更多的光。理论最大效率,决定了你能得到在任何领导或使用该材料,太阳能电池的解释道贾维阿里加州大学伯克利分校的。在过渡金属dichalcogenides如金属氧化物半导体₂,这是通常只有0.1%——激子与结构性缺陷,如丢失的原子相互作用,刺激的形成bi-excitons(激子对)和积极或消极揣恩(分别与自由电子或空穴激子的组合)。这两种产生热能。

贾维,2015年和他的同事报道,将金属氧化物半导体的表面₂双(三氟甲烷)sulfonimide (TFSI)增加了其光致发光量子产率190倍,但这项技术的有效性仍然知之甚少。此外,研究人员说,工业应用将是困难的。在设备物理你经常需要把样品通过真空和不同溶剂、“贾维解释道。我们经常发现TFSI将消失。”

这一次,研究人员采取了不同的方法。而不是化学治疗金属氧化物半导体₂他们将其封装在一个聚合物,与金电极。他们连一个介电层和反电极精确控制半导体的潜力。他们发现,当没有电压,样品的光致发光量子收益率为0.1%。当他们拒绝了入射光强度和反电极应用一个负电压,然而,量子产量大幅增加,达到约75%在-20 v。

二硫化钼是电子自然丰富。在没有外加电压,团队因此认为,大部分的激子将结合自由电子形成负面揣恩。应用一个负电压到后门,然而,把自由电子从单层,允许更多的激子保持中立和衰变产生光。为了验证这个假说,他们测试了其他dichalcogenide单层膜。二硫化钨显示出类似的行为。钨和钼化物,然而,这自然有大致相等数量的电子和空穴,显示最大量子收益率没有外加电压。

这解决的神秘TFSI为什么有这样一个戏剧性的影响光致发光量子产率的金属氧化物半导体₂贾维解释道。TFSI是一个已知的路易斯酸,所以只是把电子从表面,”他说。降低入射光导致更少的激子在半导体,减少bi-excitons形成。这将是更多的问题在一个设备。如果你使用LED通常,您希望它是非常聪明的,“贾维说。我们正在进行的项目在我的实验室保持光致发光量子产率高的激子浓度。

本文将产生巨大的影响如果确实是这样,你可以采取任何随机单层半导体,无论你有多少缺陷,静电掺杂和得到非常高的光致发光量子产率,”说安德里亚·法拉利的主任,在英国剑桥石墨烯中心。这也许实际设备在20-50V工作不理想,但我觉得更重要的一点是他们为什么显示TFSI方法——我们使用自己的作品,人们可以寻找其他方法来实现相同的结果。”

弗兰克Koppens在巴塞罗那的光子科学研究所也印象深刻。“我一直认为材料的质量是限制在这些半导体层和它需要很长时间才能解决,但他们似乎做了一个非常简单的方法,”他说。然而,他警告说,他希望看到更多的细节之前完全信服。