Role of Layer Thickness and Field-Effect Mobility on Photoresponsivity of Indium Selenide (InSe) Based Phototransistors
了解和优化光敏二维（2D）范德华固体的性质对于开发光电子应用至关重要。在这里，我们提出了一个详细的调查层依赖的光电导行为的InSe基场效应晶体管（FET）。采用波长为658 nm（1.88 eV）的连续激光源，在22.8 nW < P < 1.29 μW的宽光照功率范围内，研究了五种不同沟道厚度（t，20 nm < t < 100 nm）的InSe基FET的发光特性。所有研究的设备，显示的签名的photogating，然而，我们的调查表明，photoresponsivities强烈依赖于导电通道的厚度。场效应迁移率（μFE）值（作为沟道厚度t的函数）与光响应性（R）之间的相关性表明，通常R随着μFE的增加（t的减小）而增加，反之亦然。当t = 20 nm和t = 100 nm时，器件的最大响应度分别为7.84 A/W和0.59 A/W。在施加栅极电压的情况下，这些值可以显著增加。这里提出的结构-性能相关性为基础的研究表明，调谐的光学性能的InSe为基础的光电场效应晶体管的各种应用相关的光电探测器和/或在太阳能电池中的活性层的可能性。
2021-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Genuine Ohmic van der Waals contact between indium and MoS2
在金属/过渡金属二硫属化物（TMDC）界面上形成理想的范德华（vdW）接触是基于二维（2D）半导体的高性能和高能效电子和光电子应用发展的关键步骤。在克服传统金属淀积工艺中肖特基势垒高度不可控和接触电阻高的关键问题方面，最近通过转移原子级平坦的金属薄膜或热蒸发铟/金合金取得了显著进展。然而，通过蒸发工艺在元素金属和TMDC之间实现理想的vdW接触还有待证明，特别是三维金属电极和TMDC之间的欧姆接触的证据仍然不可用。在此，我们报告了原子级清洁的金属/TMDC接触的制造，通过在相对低的热能下蒸发金属，随后通过液氮将衬底保持器冷却至100 K，实现铟（In）/二硫化钼（MoS 2）情况下的累积型欧姆接触，金属诱导的电子掺杂密度为10 $^{12}$ /cm $^2$。我们发现，在In/MoS 2接触的运输是占主导地位的场发射机制在很宽的温度范围从2.4到300 K，和接触电阻达到600欧姆微米和1,000欧姆微米在低温下的几层和单层MoS 2的情况下，分别。基于第一性原理计算，我们发现理想In/MoS_2 vdW接触的本质是在TMDC中形成带隙态以及TMDC带的突然刚性移动.
2019-05-03 cond-mat.mes-hall
The role of surface chemical reactivity in the stability of electronic nanodevices based on two-dimensional materials "beyond graphene" and topological insulators
在这里，我们研究了对环境气体的表面化学反应性对纳米器件的性能的影响，基于二维材料“超越石墨烯”和新的拓扑相的物质。虽然观察到硅烯和磷烯在环境条件下的表面氧化，随后降低了载流子的迁移率，但具有硒化铟、铋硫属化物和过渡金属二硫属化物的活性通道的纳米器件在空气中是稳定的。然而，暴露于空气中的硒化铟由于Se空位上的水分解而遭受p型掺杂，而过渡金属二硫属化物中的载流子的低迁移率增加了纳米器件的响应时间。相反，铋硫族化物需要控制晶体质量，这可能是扩大规模的严重障碍。
2018-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Metallic vs. Semiconducting Properties of Quasi-One-Dimensional Tantalum Selenide van der Waals Nanoribbons
我们进行了尖端增强拉曼散射光谱（TERS）和光致发光（PL）的准一维TaSe 3纳米带剥离到金衬底上的研究。在~0.25（Se/Ta=2.75）的硒缺乏下，纳米带表现出以~920 nm（1.35 eV）为中心的强、宽的PL峰，表明它们的半导体行为。这种纳米带在785 nm激光激发下显示出强烈的TERS响应，允许它们的纳米级光谱成像。具有约0.15（Se/Ta=2.85）的较小硒缺乏的纳米带没有显示出任何PL或TERS响应。这些样品的共焦拉曼光谱与先前报道的金属TaSe 3的光谱一致。在这项研究中检查的纳米带的光学响应的差异表明，即使是很小的变化，硒含量可以诱导电子结构的变化，导致样品表现出金属或半导体特性。用这两种类型的材料制造的设备的温度相关的电气测量证实了这些观察。密度泛函理论计算表明，在Se空位中掺入氧原子可以导致带隙开放，从而使从金属到半导体的过渡成为可能。然而，预测的带隙基本上小于从PL数据得出的带隙。这些结果表明，范德华材料的性能可以根据化学计量，缺陷类型和浓度，以及可能的环境和基板的影响而显着变化。鉴于这一发现，与TERS的nanoriginal属性的本地探测变得至关重要的理解这样的低维系统。
2021-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetotransport and lateral confinement in an InSe van der Waals Heterostructure
硒化铟（InSe）作为一种新型的范德华异质结平台材料，由于其独特的电学和光学性质，在近六年来得到了广泛的研究。如过渡金属二硫属化物（TMDC），其可观的带隙和高电子迁移率可以提供潜在的光电应用。在这里，我们提出了低温下的传输测量的几层InSe范德华异质结与石墨烯栅接触。对于高磁场，我们观察到磁阻极小值，甚至填充因子相关的两倍自旋简并。通过静电门控与负偏置分裂栅极，实现了一维沟道。接近夹断，运输通过收缩占主导地位的本地化状态的充电能量范围从2至5毫电子伏。这项工作为探索包括量子点接触和量子点在内的低维物理提供了新的可能性。
2018-05-28 cond-mat.mes-hall
Gate-Defined Quantum Confinement in InSe-based van der Waals Heterostructures
硒化铟是一种后过渡金属硫属化合物，是一种新型二维（2D）半导体，具有有趣的电子性质。它的可调带隙和高电子迁移率已经吸引了相当大的研究兴趣。在这里，我们展示了强大的量子限制和操纵的单电子的设备，从几层晶体的InSe使用静电门控。我们报道了栅控量子点在库仑阻塞制度以及一维量子点接触，揭示了多个平台。这项工作代表了基于2D材料的优质器件开发的一个重要里程碑，并使InSe成为相关电子和光电应用的主要候选人。
2018-05-15 cond-mat.mes-hall
Electrical detection of the flat band dispersion in van der Waals field-effect structures
针对场效应结构中平带位置电学探测困难的问题，本研究以少层InSe为无扭角平带系统，通过隧穿光电流结合双极输运、光致发光测量发现平带范霍夫奇点引发隧穿机制突变，验证了隧穿电流可室温探测平带位置，为二维材料异质结平带研究提供新方法。
2023-07-19 cond-mat.mes-hall
Tunneling transport of mono- and few-layers magnetic van der Waals MnPS$_3$
我们已经研究了单层和少层的MnPS 3的隧穿输运使用导电原子力显微镜。由于铟锡氧化物/MnPS 3/Pt-Ir尖端结的能带排列，对于不同厚度的样品，观察到肖特基结和Fowler-Nordheim隧穿（FNT）的关键特征。使用FNT模型并假设MnPS 3的有效电子质量（0.5 me），我们估计隧道势垒高度为1.31 eV，介电击穿强度为5.41 MV/cm。
2016-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electrically tunable giant Nernst effect in two-dimensional van der Waals heterostructures
本研究通过构建石墨烯/硒化铟范德华异质结，实现了电可调的巨型能斯特效应，获得10^3的开/关比与创纪录的低温能斯特系数，为热电效应调控及低温量子相关应用提供了新平台。
2024-06-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals injection-molded crystals
提出范德华注塑法，在SiO2模具的vdW层间注入熔融金属并以六方氮化硼包封，生长任意形状、厚度10–100 nm的低无序单晶纳米结构。
2025-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct band gap and strong Rashba effect in van der Waals heterostructures of InSe and Sb single layers
通过堆叠不同类型的二维材料形成的范德华异质结构由于诸如层间激子等新的物理性质而引起越来越多的关注。最近合成的原子薄硒化铟（InSe）和锑（Sb）分别表现出有趣的电子特性，如高电子迁移率在前者和高空穴迁移率在后者。在这项工作中，我们提出了第一性原理研究的稳定性和电子性质的双层异质结构组成的InSe和Sb单层。计算的电子能带结构揭示了InSe/Sb异质结构的直接带隙半导体性质，与堆叠模式无关。在考虑自旋轨道耦合的情况下，我们发现在导带底部存在一个较大的Rashba自旋劈裂，这是由于异质结中原子的自旋轨道耦合引起的对称性破缺。Rashba自旋分裂的强度可以通过施加面内双轴应变或面外电场来调节。由于InSe/Sb双层异质结构具有较大的Rashba自旋分裂和合适的禁带宽度，使其成为自旋场效应晶体管和光电子器件的理想材料。
2021-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multilayer InSe-Te van der Waals heterostructures with ultrahigh rectification ratio and ultrasensitive photoresponse
多层范德华半导体材料在高性能光电子器件中具有广阔的应用前景。然而，基于层状半导体的光电导探测器经常受到大的暗电流和高的外部驱动偏置电压的影响。在这里，我们报告了一个垂直的范德华异质结构（vdWHs）的多层铟硒（InSe）和碲（Te）组成。多层InSe-Te vdWHs器件在室温下显示出大于107的创纪录的高正向整流比。此外，vdWHs器件还具有超灵敏的宽带光响应光电探测器，在弱入射功率的可见光照射下，器件的光暗电流比大于10 4，探测率高达10 13，响应率为0.45 A/W。此外，vdWHs器件具有光伏效应，并且可以用作自供电光电探测器（SPPD）。SPPD对300 nm至1000 nm的宽带光谱也非常敏感，能够检测微弱的光信号。这项工作提供了一个机会，开发下一代电子和光电子器件的基础上多层vdw结构。
2020-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
2D Metal Selenide-Silicon Steep Sub-Threshold Heterojunction Triodes with High On-Current Density
静态和动态操作模式下的低功耗是现代高规模纳米电子学的关键要求。在这方面，利用电荷的直接带到带隧穿并表现出陡峭的亚阈值斜率（SS）传输特性的隧穿场效应晶体管（TFFET）是有吸引力的选择。然而，基于Si和III-V族异质结的TFT的电流产生同时遭受低导通电流密度和导通/截止电流比，以用于< 60 mV/dec操作。半导体二维（2D）层最近重新燃起了对TFT的新型器件设计的热情，这不仅是因为它们的原子级薄的主体有利于优异的静电控制，而且同样的特征也有利于更高的ON电流密度和因此的高ON/OFF比。在这里，我们展示了由InSe/Si 2D/3D范德华异质结构制成的栅极可调异质结二极管（三极管），其最小亚阈值摆幅（SS）低至6.4 mV/dec，并且在40年的电流中SS平均值为30 mV/dec。此外，器件在-1V的漏极偏压下显示出约10^6的大电流开/关比和0.3 uA/um的开态电流密度。我们的工作为2D半导体与Si的3D异质集成开辟了新的途径，以实现超低功耗逻辑器件。
2021-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
InSe as a case between 3D and 2D layered crystals for excitons
我们证明了连续出现的激子，双激子，和P带的激子激子散射的激发功率增加的硒化铟层状晶体的光致发光。利用P带严格的能量和动量守恒定律重新考察激子结合能。新的值$\geq 20$ meV明显高于目前接受的14 meV，然而，与激子的鲁棒性一致，直到室温。由索末菲因子控制的峰被发现附近的带隙（$\sim 1.36$ eV），这把问题的纯三维特性的激子在InSe中，这已经假定到现在。我们的研究结果是至关重要的成功应用的InSe在纳米光子学。
2019-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental identification of critical condition for drastically enhancing thermoelectric power factor of two-dimensional layered materials
纳米结构是一个非常有前途的途径，以高性能热电。在许多材料系统中，导热性的有利改善是可以实现的，并且理论工作指向电子性质的大的改善。然而，在实际材料中实现电子效益在实验上一直是难以捉摸的。一个关键的挑战是，实验识别的量子限制长度，低于热电功率因数显着增强，仍然难以捉摸，由于缺乏同时控制的大小和载流子密度。本文研究了厚度为7 ~ 29 nm的$γ$相硒化铟（$γ$ InSe，n型半导体）样品中的门控热电输运和温度依赖热电输运。这使我们能够正确地映射出维度和掺杂空间。结合理论和实验研究，我们揭示了量子限制所产生的导带态密度的尖锐的前边缘引起的塞贝克系数和功率因数在较薄的InSe样品的增强。最重要的是，我们在实验上确定了量子限制长度和热德布罗意波长之间的竞争在提高功率因数中的作用。我们的研究结果为优化二维层状半导体的功率因数和提高其热电性能提供了重要的实验指导。
2018-11-28 cond-mat.mes-hall
Reconfigurable Multifunctional van der Waals Ferroelectric Devices and Logic Circuits
本研究提出基于二维范德华异质结的可重构铁电场效应晶体管（Re-FeFET），通过双分裂栅调控同质结能带实现p/n/双极性模式切换，并构建了多功能存内逻辑电路，相比CMOS大幅减少晶体管数量，为存内计算提供高能效方案。
2023-10-23 cond-mat.mes-hall
InSe: a two-dimensional material with strong interlayer coupling
原子薄的二维硒化铟（InSe）由于其带隙的可调谐性（从1.4到2.6 eV）和高载流子迁移率而引起了人们的广泛关注。带隙对层厚度的高度依赖性可能会导致新的器件应用，尽管其起源仍然知之甚少，并且通常归因于量子限制效应。通过第一性原理计算，我们发现这种现象主要是由于层间强耦合引起的，特别是在少层区域，同时也是影响β-InSe和γ-InSe材料性质的重要因素.强层间耦合的存在表现在三个方面：（i）间接到直接的带隙转变与层厚度的增加;（ii）扇形频率图的剪切和呼吸模式的少层薄片;（iii）强层相关的载流子迁移率。我们的研究结果表明，多层InSe可能是值得关注的FET为基础的技术，也是一个理想的系统来研究层间耦合，可能固有的其他二维材料。
2018-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Materials for Energy-Efficient Spin-Orbit Torque Devices
自旋轨道转矩（SOT），它依赖于自旋电流产生的电荷电流在磁性材料，承诺一个能源效率的计划操纵磁化的磁性器件。使用SOT的自旋电子器件的一个关键课题是提高电荷到自旋的转换效率。此外，电流诱导的自旋极化通常限于面内，而面外自旋极化可能有利于有效的垂直磁化切换。利用两类重要的范德华材料$-$拓扑绝缘体和过渡金属二硫属化物$-$作为自旋源来产生SOT的最新进展揭示了解决这些挑战的方法。拓扑绝缘体如硒化铋已经显示出巨大的SOT效率，其比来自三维重金属的那些大至少一个数量级。过渡金属二硫属化物如碲化钨已经显示出电流诱导的面外自旋极化，这是由约化对称性所允许的。在这篇综述中，我们使用对称性参数来预测和分析基于范德华材料的异质结构中的SOT。本文综述了基于拓扑绝缘体和过渡金属二硫属化物的SOT研究的最新进展，并说明了这些结果与对称性论点的一致性。最后，我们指出了目前研究中尚未解决的问题，并提出了该领域的三个潜在研究方向。
2020-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large-area, low-voltage, anti-ambipolar heterojunctions from solution-processed semiconductors
具有惰性或悬挂无键表面的半导体材料的出现为形成范德华异质结构创造了机会，而没有传统外延生长的限制。例如，分层的二维（2D）半导体已经被结合到具有栅极可调电子和光学功能的异质结构器件中。然而，2D材料提出了处理挑战，这些挑战已经阻止了这些异质结构以足够的可扩展性和/或均匀性来生产，以使其能够并入大面积集成电路中。在这里，我们扩展了范德华异质结的概念，半导体p型单壁碳纳米管（s-SWCNT）和n型非晶铟镓锌氧化物（a-IGZO）薄膜，可以在晶圆级的高空间均匀性的溶液处理或溅射。所得到的大面积、低电压p-n异质结表现出具有高开/关比的反双极转移特性，非常适合于电子、光电和电信技术。
2014-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Optical second harmonic generation in encapsulated single-layer InSe
报道了在单层硒化铟（InSe）中观察到的光学二次谐波（SHG）。我们使用自制的共聚焦显微镜和标准脉冲皮秒激光器测量了非共振激发下$>10^3$ $\textrm{cts/s}$的二次谐波信号。我们证明，偏振分辨二次谐波作为一种快速，非侵入性的工具，以确定在单层InSe的晶轴，并与薄片的扶手椅和锯齿形边缘的晶体结构的尖锐边缘。我们的实验确定这些角度的精度优于$\pm$ $0.2^{\circ}$。将二维材料视为非线性可极化片，我们确定单层InSe的二阶非线性片极化率$| χ_{\textrm{sheet}}^{(2)}|=(17.9 \pm 11.0)\times 10^{-20}$ $\textrm{m}^2 \textrm{V}^{-1}$，对应于占片厚度（$\textrm{d} \approx 0.8$ $\textrm{nm}$）的有效非线性极化率值$| χ_\textrm{eff}^{(2)}| \approx (223 \pm 138) \times 10^{-12}$ $\textrm{m} \textrm{V}^{-1}$。我们证明，SHG技术也可以应用于封装的样品，以探测它们的晶体取向。因此，该方法适用于产生高质量的范德华异质结构，控制晶体方向。
2018-08-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Oxidized-monolayer Tunneling Barrier for Strong Fermi-level Depinning in Layered InSe Transistors
在基于二维半导体的场效应晶体管和光电子器件中，金属-半导体结是决定器件性能的关键因素之一。界面能隙态引起的费米能级钉扎效应严重限制了结特性的可调谐性，包括势垒高度和接触电阻。一个隧道接触方案已被提出来解决FL钉扎问题的金属-2D-半导体结，而实验实现仍然是难以捉摸的。在这里，我们表明，氧化单层启用隧穿势垒可以实现一个显着的FL脱钉在硒化铟（InSe）晶体管，表现出0.5的大钉扎因子和高度调制的肖特基势垒高度。FL脱钉可以归因于作为高质量隧穿接触的结果的金属和无序诱导的间隙状态的抑制。结构表征表明均匀和原子级薄的表面氧化层固有的范德瓦尔斯材料和原子级尖锐的氧化物-2D-半导体界面的性质。此外，通过有效地降低肖特基势垒高度，我们实现了2160厘米$^2$ /Vs的电子迁移率和65 meV的接触势垒在两端InSe晶体管。在具有氧化单层的高迁移率InSe晶体管中实现强FL脱钉提供了一种可行的策略，以在先进的电子学和光电子学的接触工程中利用层状半导体。
2019-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric Field Effect in Multilayer Cr2Ge2Te6: a Ferromagnetic Two-Dimensional Material
二维材料的出现引起了人们极大的关注，因为它们具有迷人的物理性质和在未来纳米电子器件中的潜在应用。自从第一次分离出石墨烯这种狄拉克材料以来，已经发现并表征了一大类新的功能2D材料，包括绝缘2D氮化硼、半导体2D过渡金属二硫属化物和黑磷，以及超导2D铋锶钙铜氧化物、二硫化钼和硒化铌等。我们报道了厚度低至几纳米的Cr2Ge2Te6（CGT）铁磁薄片的鉴定，这为由各种二维材料组成的范德华结构提供了非常重要的一部分。我们进一步证明了通过电场效应对2D CGT器件沟道电阻的巨大调制。我们的研究结果说明了2D CGT的栅极电压可调性和CGT，铁磁2D材料，作为一种新的功能量子材料在未来的纳米电子学和自旋电子学的应用的潜力。
2017-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence Features of Few-Layer Hexagonal $α$-In$_2$Se$_3$
本文通过多种光谱与显微技术研究了7至100个单层厚度的少层α-In₂Se₃的光致发光特性，确认A峰源于带间跃迁、B峰源于缺陷发射，并发现厚度变化未引起能带结构的质变。
2025-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale growth of two-dimensional, phase-pure InSe
二维（2D）单硒化铟（InSe）作为具有来自III-V族半导体以及范德华2D过渡金属二硫属化物的有利属性的组合的III-VI族二维半导体（2D）已经引起了显著的关注。然而，由于In-Se二元体系的复杂性和促进横向生长的困难，大面积合成纯相2D InSe仍然没有实现。在这里，我们报告的第一个多晶型选择性合成的外延2D硒化铟的金属有机化学沉积（MOCVD）超过2英寸直径的蓝宝石晶片。我们通过动态脉冲控制Se/In流量比实现了厚度可控的InSe在c面蓝宝石上的逐层外延生长。逐层生长允许在晶片尺度上控制厚度，具有与块状晶体相当的可调光学性质。最后，栅极可调电输运表明，MOCVD生长的InSe可能是一种潜在的沟道材料，用于逻辑晶体管的后端集成，其场效应迁移率可与单晶片相媲美。
2023-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Layer Dependent Interfacial Transport and Optoelectrical Properties of MoS2 on Ultra-flat Metals
过渡金属二硫属化合物（TMD）是一种层状半导体范德华晶体，在电子和光电子器件中具有广泛的应用前景。实现实际的电气和光电子器件应用需要金属结和TMD半导体之间的连接。因此，一个完整的理解电子能带的排列和势垒高度管理通过金属TMD金属结的运输是至关重要的。但是，有一个知识差距;目前还不清楚TMD的能带如何排列，而与金属接触，作为层数的函数。为了消除这种知识差距，我们已经对固定在超平导电Au表面（均方根（RMS）表面粗糙度<0.2 nm）和氧化铟锡（ITO）衬底（RMS表面粗糙度<0.7 nm）上的几层（1-5）MoS 2进行了导电原子力显微镜（CAFM），形成垂直金属（导电AFM尖端）-光刻机-金属器件。我们已经观察到，随着层数增加到5层，电流增加。应用Fowler-Nordheim隧穿理论，我们确定了不同层的势垒高度，并观察到势垒高度随着层数的增加而降低。利用密度泛函理论计算，我们成功地证明了势垒高度随着层数的增加而降低。通过在透明的超平坦导电ITO基板上照射TMD，我们观察到与在黑暗中测量的电流相比，电流降低，因此证明了负光电导性。我们的研究提供了一个基本的了解TMD-金属结的局部电子和光电行为，并可能铺平了道路，发展纳米电子器件与定制层依赖的传输特性。
2019-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
