A van der Waals pn heterojunction with organic/inorganic semiconductors
由二维（2D）材料形成的范德华（vanderWaals，vdW）异质结由于其优异的电学/光学性质和器件应用而引起了极大的关注。然而，目前的2D异质结主要限于原子晶体，并且很少探索混合有机/无机结构。在这里，我们制造混合二维异质结构与p型二辛基苯并噻吩并噻吩（C8-BTBT）和n型二硫化钼。我们发现，用VDW外延方法可以在单层MoS 2上生长出少层C8-BTBT分子晶体，其界面原始，厚度可控，可降至单层。C8-BTBT/MoS 2垂直异质结器件的操作是高度可调的偏置和栅极电压之间的三个不同的制度：界面复合，隧穿和阻塞。在室温下，PN结表现出类似二极管的特性，整流比高达105。我们的器件还表现出光伏响应，功率转换效率为0.31%，光响应度为22 mA/W。通过广泛的材料组合，这种混合2D结构将为光电子器件提供可能性，而这些光电子器件是不可能由单独的成分制成的。
2015-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering MoS$_2$-MoTe$_2$ Heterojunctions: Enhancing Piezoresponse and Rectification
本研究通过构建MoS$_2$-MoTe$_2$横向异质结，利用不对称镍电极形成混合肖特基/p-n二极管，显著提升压电开路电压（超1V）和整流比（超5000），为压电电子学器件设计提供新思路。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Valley Polarization by Spin Injection in a Light-Emitting van der Waals Heterojunction
过渡金属二硫属化物（TMDC）的能带结构具有在动量空间中的不同位置处的价带边缘，可以利用该能带结构来构建依赖于谷自由度操作的器件。为了实现这样的谷电子器件，有必要控制和操纵这些谷中的电荷密度，从而导致谷极化。虽然这已经使用光学激发来证明，但是在没有光学激发的电子器件中谷偏振的产生仍然是困难的。在这里，我们展示了自旋注入从铁磁电极到异质结的基础上的单层的WSe2和MoS2和横向运输的自旋极化空穴内的WSe2层。由此产生的谷偏振导致圆偏振光发射，其可以使用外部磁场来调谐。自旋注入和谷极化的磁电控制的演示提供了一个新的机会，实现组合的自旋和谷电子器件的基础上自旋谷锁定在半导体TMDC。
2016-09-05 cond-mat.mes-hall
Tuning the Electronic Properties of Two-Dimensional Lepidocrocite Titanium Dioxide Based Heterojunctions
本文通过密度泛函理论研究了二维TiO2与MoSSe构成的范德华异质结，发现界面原子终止类型可调控电荷转移和能带排列，使其呈现II型或III型对齐，为相关应用提供了理论依据。
2024-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Few-Layer MoS$_2$/a-Si:H Heterojunction pin-Photodiodes for extended Infrared Detection
将少层二硫化钼（FL-MoS $_2$）薄膜集成到非晶硅（a-Si：H）pin光电探测器中。为了实现这一点，垂直a-Si：H光电二极管生长的等离子体增强化学气相沉积（PE-CVD）的大规模合成和转移均匀FL-MoS $_2$的顶部。这种新型的探测器阵列表现出长期稳定性（超过六个月），并优于传统的硅基针光电探测器在红外范围（IR，$λ$ = 2120 nm）的灵敏度高达50 mAW $^{-1}$。实现了高达2 × 10 $^{10}$ Jones的光电探测率和3%的外量子效率。探测器还具有在不同光谱范围之间切换的偏置相关响应度的附加功能。这种可扩展的探测器阵列的实现是朝着在IR光谱范围内操作的像素化和波长选择性传感器迈出的重要一步。
2019-07-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Gate-Tunable Semiconductor Heterojunctions from 2D/3D van der Waals Interfaces
范德华（vdW）半导体对于高度缩放的器件和异质集成是有吸引力的，因为它们可以被隔离成自钝化的二维（2D）层，从而实现优异的静电控制。这些属性导致了场效应器件的大量演示，从晶体管到三极管。通过利用共价键合的三维（3D）半导体和2D半导体的钝化表面中的受控的替代掺杂方案，可以构建可以超过“全2D”vdW异质结的性能指标的器件。在这里，我们展示了2D/3D半导体异质结，使用MoS 2作为原型2D半导体，放置在Si和GAN作为3D半导体层上。通过调整费米能级在二硫化钼，我们展示了同时表现出超过七个数量级的整流比和电导调制的设备。我们的研究结果进一步表明，界面质量并不一定会影响费米能级调谐在结开辟了新的2D/3D异质结器件架构的可能性。
2020-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Lateral heterojunctions within monolayer semiconductors
具有不同带隙的三维（3D）半导体之间的异质结是现代发光二极管、二极管激光器和高速晶体管的基础。在不同的二维（2D）半导体之间创建类似的异质结将使2D平面内的能带工程成为可能，并在材料科学、器件物理学和工程学中开辟新的领域。在这里，我们证明了无缝高质量的平面异质结可以生长在2D单层半导体MoSe 2和WSe 2之间。的结，使用物理气相传输的横向异质外延生长，在光学显微镜下可见，并显示增强的光致发光。原子分辨透射电子显微镜显示，它们的结构是一个未变形的蜂窝晶格，其中一种过渡金属被另一种过渡金属取代发生在整个界面上。这种横向结的生长将允许新的器件功能，例如面内晶体管和二极管，被集成在单个原子级薄层内。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence and charge transfer in the prototypical 2D/3D semiconductor heterostructure MoS$_2$/GaAs
新一代的二维材料在光学和电子器件中有着广泛的应用。了解这些材料在与更传统的三维（3D）半导体集成时的特性是实现超薄电子器件的重要挑战。最近的观察表明，通过将MoS $_2$与GaAs组合，可以开发高质量的光电探测器和太阳能电池。在这里，我们提出了本征GaAs，p掺杂GaAs，和n掺杂GaAs衬底上的单层MOS $_2$的光致发光的影响的研究。与由通过几层六方氮化硼与GaAs隔离的MoS $_2$单层组成的对照样品相比，我们观察到所有MoS $_2$ /GaAs异质结中MoS $_2$的发射强度降低了一个数量级。我们还看到了依赖性的trion的A-激子的发光比在光致发光光谱上的类型的基板，一个依赖关系，我们涉及到MOS $_2$和基板之间的静电荷交换时，结形成。扫描开尔文探针显微镜测量的异质结建议I型带对齐，使激子上生成的MoS $_2$单层将被转移到GaAs衬底。我们的研究结果揭示了电荷交换导致带偏移的2D/3D异质结中发挥核心作用的理解和进一步改进的电子器件。
2021-12-03 cond-mat.mes-hall
Gate-tunable hot electron extraction in a two-dimensional semiconductor heterojunction
本文通过瞬态反射光谱研究MoSe2/hBN/WS2异质结，发现栅极静电掺杂电子可将热电子提取密度提升数十倍，为热载流子太阳能电池设计提供新策略。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrically switchable one-dimensional quadrupolar excitons in lateral double heterojunctions
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；Graduate School of Chemical Sciences and Engineering, Hokkaido University（北海道大学化学理工学研究科）
研究WS2-MoS2-WS2横向双异质结中的一维四极激子，通过电场实现从四极态到偶极态的连续转换，并揭示了条带宽度对耦合的几何调控作用。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional electron gas in strained lateral heterostructures of single layer materials
电子气沿着其中一个空间方向的限制为沿着许多实际电子应用的侧面研究量子输运的基本原理开辟了一条途径，高电子迁移率晶体管就是一个突出的例子。具有不同电子极化的两种材料的异质结可用于导电通道的工程设计。将这个概念扩展到单层材料导致一维电子气（1DEG）。MoS 2/WS 2横向异质结构被用作实现1DEG的原型。电子极化的不连续性是通过应变的异质结，利用在MoS 2和WS 2之间的压电耦合的差异。提出了一个完整的理论，描述了二维材料的横向异质结中的诱导电场分布，并通过第一性原理计算进行了验证。
2017-03-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Light Generation and Harvesting in a Van der Waals Heterostructure
二维材料由于其有趣的物理性质和从纳米电子学到传感器和光子学的广泛潜在应用而受到广泛的研究。半导体过渡金属二硫属化物MoS2或WSe2的单层已经被提出作为场效应晶体管（FET）的有前景的沟道材料。与有机和晶体块状半导体相比，它们的高机械灵活性、稳定性和质量加上潜在的廉价生产方法提供了潜在的优势。由于量子力学限制，单层MoS2中的带隙本质上是直接的，导致与光的强相互作用，其可用于构建光电晶体管和超灵敏光电探测器。在这里，我们报告的实现的发光二极管的基础上组成的n型单层二硫化钼和p型硅的垂直异质结。仔细的接口工程使我们能够实现二极管显示整流和光发射从整个表面的异质结。电致发光光谱显示出与导带和价带之间的光学跃迁相关的直接激子的明显迹象。我们的pn二极管也可以作为太阳能电池使用，典型的外量子效率超过4%。我们的工作为更复杂的光电子器件开辟了道路，如激光器和基于二维（2D）半导体和硅的混合物的异质结构太阳能电池。
2014-03-11 cond-mat.mes-hall
A Ballistic Two-Dimensional Lateral Heterojunction Bipolar Transistor
我们提出并研究了本质上最薄的晶体管概念：基于过渡金属二硫属化物横向异质结构的单层弹道异质结双极晶体管。该器件本质上比场效应晶体管更薄，因为它不需要顶部或底部栅极，因为传输由基极的电化学电势控制。作为典型的双极晶体管，集电极电流经历了十倍的增加，为每60 mV的基极电压在几个数量级在室温下增加，没有复杂的静电优化。我们提出了一个详细的调查的基础上，自洽模拟的静电和量子输运的pnp器件使用MoS $_2$的10 nm的基础和WSe $_2$的发射极和集电极。我们的三端器件模拟确认的工作原理和大电流调制I $_\text{ON}$ /I $_\text{OFF}\sim 10^8$为$ΔV_{\rm EB}=0.5$ V.假设弹道输运，我们能够实现电流增益$β\sim$ 10 $^4$在几个数量级的集电极电流和截止频率高达太赫兹范围。探索二维材料中丰富的双极纳米器件概念，有望在电子和光电子学中获得潜在的应用。
2021-03-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.comp-ph
Electrostatics of Two-Dimensional Lateral Junctions
随着对二维材料技术控制的不断提高，二维横向结的研究也越来越多，它具有独特的性质，可能成为新一代二维电子和光电子器件的基础。值得注意的是，已经证明了化学掺杂的MoS $_2$同质结、WSe $_2$ -MoS $_2$单层和MoS $_2$单层/多层异质结。在这里，我们报告的调查2D横向结静电，这不同于散装的情况下，因为较弱的屏蔽，产生一个更长的过渡区之间的空间电荷区和准中性区，使不适当的使用完全耗尽近似。为此，我们开发了一种基于保角映射技术的方法来求解二维静电场，该方法广泛适用于各种结，即使是大的不对称电荷分布情况下也能给出准确的结果。
2019-03-27 cond-mat.mes-hall
Strain Mapping of Two-Dimensional Heterostructures with Sub-Picometer Precision
下一代原子级薄的器件需要平面内的一维异质结来电连接不同的二维（2D）材料。然而，大多数2D材料之间的晶格失配导致不可避免的应变、位错或波纹，这会强烈影响它们的机械、光学和电子特性。我们已经开发出一种方法来映射二维异质结晶格和应变分布与亚皮米精度，并确定位错和面外波纹。我们收集了衍射图案从一个聚焦电子束的每个真实空间的扫描位置与高速，高动态范围，动量分辨检测器-电子显微镜像素阵列检测器（EMPAD）。得到的四维（4D）相空间数据集包含样品的完整空间分辨晶格信息。通过在二硫化钨（WS 2）和二硒化钨（WSe 2）横向异质结构上使用这种技术，我们在多微米的视场中以0.3 pm的精度绘制了晶格畸变图，同时观察到了负责2D横向外延结构中应变弛豫的位错和波纹。
2018-01-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Gate- and Light-Tunable Negative Differential Resistance with High Peak Current Density in 1T-TaS$_2$/2H-MoS$_2$ T-Junction
基于金属的电子器件对于快速和抗辐射的电子电路具有吸引力，并且仍然是研究人员的长期目标之一。1 T-TaS $_2$是一种层状材料，它表现出强电荷密度波（CDW）驱动的电阻率开关，可以通过外部刺激（如电场和光脉冲）来控制，其出现引发了人们对金属电子学的新兴趣。在这里，我们展示了一个负微分电阻（NDR），利用电驱动的CDW相变在一个不对称设计的T型结组成的1 T-TaS $_2$ /2 H-MoS $_2$范德华异质结。该器件的工作原理是由多数载流子输运决定的，与通常的利用载流子隧穿的NDR器件不同，从而避免了范德华异质结中弱隧穿效率的瓶颈。因此，我们实现了超过$10^5$ nA $μ$ m $^{-2}$的峰值电流密度，这比在基于NDR实现的典型分层材料中获得的峰值电流密度高大约两个数量级。峰值电流密度可以通过外部栅极电压以及光选通来有效地调节。该设备对环境引起的退化具有鲁棒性，并且在一个多月的时间内多次测量中重复这些特性。这一发现对于有源金属基功能电路的实现具有重要意义。
2020-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Highly Sensitive, Fast Graphene Photodetector with Responsivity $>10^6$ A/W Using Floating Quantum Well Gate
石墨烯由于其零带隙的电子结构，有望作为超宽带光电探测应用的吸收材料。然而，基于石墨烯吸收的检测器由于弱吸收和快速光载流子复合而固有地遭受差的响应度，限制了它们用于低强度光检测的可行性。在这里，我们使用石墨烯/WS $_2$ /MoS $_2$垂直异质结来展示高度灵敏的光电探测器，其中石墨烯层具有双重目的，即作为光吸收层，也作为载流子传导通道，从而保持光电探测器的宽带性质。石墨烯中的一部分光电子遇到超快的层间转移到浮动单层MoS $_2$量子阱，提供强的量子限制光电门效应。光电探测器在30 fW入射功率下显示出$4.4\times 10^6$ A/W的响应度，优于迄今为止报道的光电探测器，其中石墨烯被用作光吸收材料几个数量级。此外，所提出的光电探测器表现出极低的噪声等效功率（$N\!E\!P$）的$<4$ fW/ $\sqrt{Hz}$和快速响应（$\sim$毫秒）与零联想光电流。这一发现对石墨烯基高灵敏、快速、宽带光电检测技术的示范具有吸引力。
2019-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
