Graphene/SOI-based self-powered Schottky barrier photodiode array
我们制作了四元石墨烯/绝缘体上硅（SOI）肖特基势垒光电二极管阵列（PDA），并研究了其光电子器件的性能。在我们的器件设计中，单层石墨烯被用作SOI衬底上光刻定义的n型Si沟道线性阵列上的公共电极。正如波长分辨光电流光谱测量所揭示的，PDA结构中的每个元素都表现出与在自供电操作模式下操作的市售光电二极管相当的最大光谱响应度。时间依赖的光电流光谱测量显示出优异的光电流可逆性的设备。这里提出的研究预计将提供令人兴奋的机会，在高附加值的石墨烯/硅基PDA设备的应用，如多波长光测量，水平计量，高速测光，位置/运动检测，等等。
2022-05-16 cond-mat.other physics.app-ph
Enhanced photovoltaic effect in graphene-silicon Schottky junction under mechanical manipulation
石墨烯-硅肖特基结（GSJ）具有大规模制造和集成的潜力，为肖特基太阳能电池的光伏功率转换带来了新的机遇。然而，这些器件的基本功率转换限制在于小的开路电压（$V_{oc}$），这取决于肖特基势垒高度（SBH）。在这项研究中，我们介绍了一种机电方法的基础上挠曲电效应，以提高光伏效率在GSJ。利用原子力显微镜针尖压入和原位电流测量，获得了弯曲电应变梯度下的电流-电压（I-V）响应。观察到$V_{oc}$增加高达20 $\%$，导致功率转换效率的明显改善。我们的研究表明，应变梯度可能会提供前所未有的机会，GSJ为基础的柔性光伏应用的发展。
2023-01-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High Responsivity and Quantum Efficiency of Graphene / Silicon Photodiodes Achieved by Interdigitating Schottky and Gated Regions
石墨烯/硅（G/Si）异质结构在过去几年中已经被广泛研究用于诸如光电二极管、光电探测器和太阳能电池的应用，并且越来越关注效率和性能。在这里，一个特定的接触图案方案与叉指肖特基和石墨烯/绝缘体/硅（GIS）结构进行了探索，实验证明高灵敏度的G/Si光电二极管。利用所提出的设计，对于380至930 nm的波长范围，实现了> 80%的外量子效率（EQE）。在850 nm处观察到98%的最大EQE，其中响应度峰值为635 mA/W，超过了传统的Si p-n光电二极管。这种效率归因于在二极管的GIS部分下的Si中光生的载流子的高效收集。二极管的数值模拟支持的实验数据。在此基础上，提出了G/Si光电二极管真实有效面积的定义，为G/Si基光电子器件的标准化提供了依据。
2018-07-13 physics.app-ph
Thermal annealing effects on Graphene/n-Si Schottky junction Solar cell: Removal of PMMA residues
本文通过J-V特性及瞬态光电测量研究热退火提升石墨烯/n-Si肖特基结太阳能电池性能的机制，证明其可去除PMMA残留、抑制光电流泄漏并增强稳定性。
2022-09-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrostatic properties and current transport of two-dimensional Schottky barrier diode
最近展示的具有少原子厚度的金属-半导体异质结显示了它们作为未来集成电路和纳米电子学的2D肖特基接触的前景。然而，3D肖特基接触的理论在这些低维系统上失败了。在这里，我们提出了一个新的模型，在平衡条件下，产生载流子分布和电位分布在整个二维金属-半导体异质结，根据第一性原理计算的输入。我们的计算还表明，在相同的正向偏压下，2D石墨烯-磷烯肖特基二极管的堆叠的电流密度可以比传统的3D肖特基二极管的电流密度高一万倍，并且提供更少的能量耗散。
2017-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Accurate Extraction of Schottky Barrier Height and Universality of Fermi Level De-pinning of van der Waals Contacts
由于费米能级钉扎（FLP），金属-半导体接触界面导致肖特基势垒高度（SBH），其通常难以调节。这使得使用相同的金属有效地注入电子和空穴变得具有挑战性-这是包括发光器件和互补逻辑在内的多种应用的基本要求。有趣的是，在脱钉范德华（vdW）接触的肖特基-莫特极限中调制SBH变得可能。然而，准确提取SBH对于充分利用这些接触至关重要。在这项工作中，我们提出了一个简单的技术，以准确地估计SBH在VDW接触界面，通过规避与SBH提取的几个模糊性。使用这种技术在几个vdW接触，包括金属2 H-TaSe $_2$，半金属石墨烯，和简并掺杂的半导体SnSe $_2$，我们证明，vdW接触表现出普遍的脱钉扎性质。vdW接触的优异双极载流子注入特性在两个应用中得到证明（以Au接触作为参考），即（a）使用少层石墨烯（FLG）接触从单层WS $_2$的脉冲电致发光，以及（b）使用2 H-TaSe $_2$接触在nFET和pFET模式中向WS $_2$和WSe $_2$沟道的有效载流子注入。
2021-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Near-infrared Schottky silicon photodetectors based on two dimensional materials
自2004年被发现以来，石墨烯因其高载流子迁移率、柔性、强光-物质相互作用和宽带吸收等优异特性引起了科学界的兴趣。尽管石墨烯具有微弱的光吸收和零带隙，但作为光电子器件的活性材料，石墨烯已经显示出令人印象深刻的结果。这一成功推动了对新的二维（2D）材料的研究，以用于下一代光电子器件，特别是光电探测器。事实上，大多数2D材料可以转移到许多衬底上，包括硅，为开发用于红外探测的肖特基结开辟了道路。虽然肖特基近红外硅光电探测器的基础上的金属是不是一个新的概念在文献中的二维材料，而不是金属的就业是相对较新的，它导致硅基光电探测器在红外区前所未有的性能。本章的目的是，首先阐明这些设备的物理效应和工作原理，然后描述文献中报道的主要结构，最后讨论近年来获得的最重要的结果。
2021-04-22 physics.app-ph physics.optics
Gate Leakage Suppression and Breakdown Voltage Enhancement in p-GaN HEMTs using Metal/Graphene Gates
在这项工作中，单层本征和氟化石墨烯被研究作为常关型p-GaN栅极HEMT中的栅极插入层，其围绕栅极的底部形成底部的Ti/graphene/p-GaN和两侧的Ti/graphene/ SiNx。与没有石墨烯的Au/Ti/p-GaN HEMT相比，石墨烯的插入可以将ION/IOFF比提高50倍，将VTH提高0.30 V，并且将关态栅极泄漏降低50倍。此外，这种新型的栅极结构具有更好的热稳定性。在350 °C下热退火后，栅极击穿电压保持在12.1 V，这是肖特基栅极p-GaN HEMT的首次报道。这被认为是肖特基势垒高度增加0.24eV以及Ti/石墨烯/p-GaN和Ti/石墨烯/SiNx界面的更好质量的结果。这种方法在改善常关GAN HEMT的Ion/Iff比和栅极BV方面非常有效。
2019-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene-Semiconductor Contact
介绍了石墨烯-半导体结的系统处理。石墨烯费米能级的有限态密度导致石墨烯-半导体界面的奇异电子性质。通常，由于石墨烯的内部势，肖特基-莫特极限和势垒高度的总和规则被违反。通过合并半导体-半导体和金属-半导体结的主要特性，石墨烯-半导体接触可以被认为是前所未有的\emph{semimetal-semiconductor junction}的原型。广义界面方程揭示了石墨烯中载流子密度与结特性的耦合。它将被证明是众所周知的效果，可调势垒高度直接关系到结电容。此外，图像力效应的存在下的势垒可调谐性的相对影响进行了研究。详细讨论了获得结的内建电势、势垒高度和电容的实验方法。通过对实验数据的分析，揭示了石墨烯-硅样品界面处强反型层的形成。
2020-04-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Fermi Level Depinning in Two-Dimensional Materials Using a Fluorinated Bilayer Graphene Barrier
强费米能级钉扎（FLP）-通常归因于界面接触处的金属诱导的间隙态-严重降低了结的肖特基势垒高度的可调谐性，并限制了2D材料在电子和光电子学中的应用。在这里，我们表明，氟化双层石墨烯（FBLG）可以用作屏障，以有效地防止FLP在金属/2D材料界面。FLBG可以通过短时间暴露（1-3分钟）于SF6等离子体来产生，SF6等离子体仅氟化具有共价C-F键的双层石墨烯的顶层，而底层保持本征，导致约75 meV的带隙开口。在金属接触和MoS 2层之间插入FBLG显著降低了低功函数金属的肖特基势垒高度（对于Ti和Cr分别为313和260 meV），而对于高功函数金属的肖特基势垒高度增加（对于Pd为160 meV），对应于改进的钉扎因子。我们的研究结果提供了一种直接的方法来产生原子级薄的双金属，不仅可以应用于金属/过渡金属二硫属化物（TMD）界面的费米能级脱钉，而且可以解决电子学和光电子学中的许多其他问题
2022-08-02 physics.app-ph
Wind Driven Semiconductor Electricity Generator With High Direct Current Output Based On a Dynamic Schottky Junction
随着物联网（IoT）的快速发展，分布式传感器的应用越来越广泛，对小型便携式电源的需求也越来越高。然而，目前的便携式电源如锂电池容量低，需要频繁更换或充电。一种便携式电源，可以连续产生电力原位将是一个理想的解决方案。在此，我们展示了一种基于动态肖特基结的风力驱动半导体发电机，该发电机可以在360秒内输出平均值为4.4 mA（最大值为8.4 mA）的连续直流电。与以前的金属/半导体发电机相比，输出电流高出一千倍。此外，由于其稳定的输出，该风力发电机已被探索用作计数器，并驱动石墨烯紫外光探测器，其在365 nm紫外光下显示出35.8 A/W的响应度。本研究为将来实现风力发电和分布式传感器供电提供了一种可行的方法。
2020-10-23 physics.app-ph
CVD Graphene Contacts for Lateral Heterostructure MoS${_2}$ Field Effect Transistors
针对二维材料晶体管欧姆接触制备难的问题，研究人员制备了CVD二硫化钼与CVD石墨烯的横向异质结晶体管，实现低接触电阻与高开关比，并通过经实验校准的理论模型验证了其进一步缩放与性能提升的潜力。
2024-04-05 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Charge Crowding in Graphene-Silicon Diodes
基于二维-三维（2D-3D）界面的纳米级电子器件的性能受到将这些材料与外部电路互连的电接触的显著影响。本文研究了石墨烯/Si肖特基结二维-三维欧姆接触的电荷输运效应，并结合电子注入模型.在这里，我们专注于石墨烯-金属接触的固有特性，特别注意在高电应力下的接触失效机制的性质。根据我们的研究结果，严重的电流拥挤（CC）的影响，在高导电性的电接触显着影响设备故障，可以减少空间变化的接触特性和几何形状。通过原子力、拉曼光谱、扫描电子和能量色散X射线光谱等手段，系统地分析了电击穿对材料降解的影响。我们的器件可在较长时间内承受高静电放电峰值，表现出高鲁棒性和操作稳定性。这项研究为未来动态开关的片上集成中高度鲁棒和可靠的石墨烯/Si异质结构铺平了道路。本文所采用的方法可以推广到其他基于二维-三维界面的纳米电子器件
2022-11-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Designing a Concentrated High-Efficiency Thermionic Solar Cell Enabled by Graphene Collector
我们提出了一个集中的电子发射太阳能电池的设计，这表明了一个高的太阳能到电能的转换效率大于10%的600太阳下，通过利用特殊的电，热和辐射性能的石墨烯作为集电极。通过构建一个分析模型，明确考虑到非理查森行为的电子发射电流从石墨烯，在真空间隙中的空间电荷效应，和各种不可逆的能量损失的子组件内，我们进行了详细的表征的转换效率限制和电功率输出特性的建议系统。系统地模拟和比较了石墨烯-石墨烯、石墨烯-金刚石和金刚石-金刚石等不同结构的双光子发射体的能量转换效率，结果表明，采用金刚石薄膜作为发射体，石墨烯作为收集体的能量转换效率最高，从而揭示了石墨烯在实现高性能双光子发射太阳能电池中的重要作用。在800个太阳下，其最大效率为12.8%，明显高于现有的几种固态太阳能电池设计，如太阳能驱动的热电转换器和热光伏转换器。因此，我们的工作开辟了新的途径，以提高电子太阳能转换的效率极限和下一代基于新型纳米材料的太阳能收集技术的发展。
2021-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Band Gap Estimation of Multilayer 2D Semiconductor Channels Using Thin Graphite Contact
二维（2D）半导体中单层和少数层的带隙通常通过光致发光（PL）等光学探测来测量。然而，如果它们的剥离厚度大到几nm（多层超过~5L），则PL测量变得不那么有效和不准确，因为2D半导体的光学跃迁从直接模式变为间接模式。在这里，我们介绍了另一种方法来估计多层2D范德华半导体的带隙，即利用场效应晶体管（FET）作为平台。我们将石墨烯（薄石墨或多层石墨烯）接触用于FET中的多层范德华沟道，因为石墨烯接触将确保双极行为并在顶部钝化的帮助下实现FET的肖特基接触势垒调谐。因此，通过测量制备的具有石墨烯接触的2D FET的温度依赖性转移曲线特性，成功地估计了未知厚度的多层过渡金属二硫属化物和黑磷的带隙。
2020-03-04 physics.app-ph
Transfer Learning for Inverse Design of Tunable Graphene-Based Metasurfaces
针对传统电磁超表面功能单一的问题，提出采用迁移学习训练两个卷积神经网络，分别完成石墨烯基可调谐超表面的无源结构设计与调谐化学势预测，高效实现多功能可重构超表面逆向设计，为未来无线通信系统的可重构智能表面设计提供新方案。
2023-07-20 physics.app-ph
Electrical Contact between an Ultrathin Topological Dirac Semimetal and a Two-Dimensional Material
拓扑狄拉克半金属Na $_3$ Bi超薄膜是一种具有场可调拓扑相的电子材料。在这里，我们调查的电子和传输特性的Na 2SO 4 $_3$ Bi作为电接触的二维（2D）金属，即石墨烯，和2D半导体，即MoS $_2$和WS $_2$单层。结合第一性原理密度泛函理论和非平衡格林函数模拟，我们发现Na $_3$ Bi双层薄膜和石墨烯之间的电耦合导致了显著的层间电荷转移，从而在Na $_3$ Bi/石墨烯异质结构中诱导了相当大的$n$型掺杂.在MoS $_2$和WS $_2$单层的情况下，横向肖特基传输势垒显著低于许多通常研究的体金属，从而揭示了Na $_3$ Bi双层作为2D半导体的高效电接触材料。这些发现为利用拓扑半金属薄膜作为二维材料的电接触开辟了一条途径，并将二维异质结器件家族进一步扩展到拓扑材料领域。
2020-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Designing Efficient Metal Contacts to Two-Dimensional Semiconductors MoSi$_2$N$_4$ and WSi$_2$N$_4$ Monolayers
与二维（2D）半导体的金属接触在现代电子和光电子器件中普遍存在。然而，这种接触经常受到强烈的费米能级钉扎（FLP）效应的困扰，这降低了肖特基势垒高度（SBH）的可调谐性，并降低了基于2D半导体的器件的性能。在这项工作中，我们表明，单层MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$ -一个最近合成的二维材料类具有特殊的机械和电子性能-表现出强烈抑制FLP和宽范围可调SBH时，与金属接触。获得了S=0.7的异常大的SBH斜率参数，其优于绝大多数其他2D半导体。这种令人惊讶的行为源于MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$的独特形态。外围的Si-N层形成保护半导体内核免受金属接触的干扰的原生原子层，从而抑制FLP。我们的研究结果揭示了MoSi $_2$ N $_4$和WSi $_2$ N $_4$单层膜作为设计高性能和节能的2D纳米器件的新型2D材料平台的潜力。
2020-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
