半导体所在二维GaS超薄半导体的基础研究中取得新进展

2014-2-12 11:44 来源: 中国科学院
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  最近,中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室博士后杨圣雪、博士生李燕,在李京波研究员、李树深院士和夏建白院士的团队中,在二维GaS超薄半导体的基础研究中取得新进展。相关成果发表在2014年2月7日英国皇家化学会主办的《纳米尺度》(Nanoscale)上,并被选为“热点论文”(Hot Article)。

  二维半导体材料拥有独特的物理性质,可以应用于不同的技术领域,因此成为了纳米交叉学科的研究热点。石墨烯是目前研究最为广泛的二维材料,但由于其带隙为零,限制了它在许多领域中的应用。作为石墨烯的类似物,具有半导体带隙的金属硫化物备受关注。这些二维半导体材料的光电器件具有优越的性能,并且可以设计复杂的器件结构。由于大的比表面积,这些二维材料具有很好的气敏传感能力。制备这些二维材料的单层或少层结构有许多的方法,如微机械剥离、外延生长、化学气相沉积、液相剥离等等。近年来,以MoS2为代表的层状过渡金属硫化物在理论上和实验中都取得了重要的研究进展。研究更多新的二维半导体材料,设计各种新的结构和器件成为了半导体纳米科学的一个重要部分。

  在这种背景下,半导体所李京波小组设计了基于超薄GaS的红外光探测器,研究了在不同气体环境下该探测器的不同光响应现象,并且基于第一性原理计算结果解释了不同光响应现象产生的原因。GaS作为重要的金属硫化物之一,具有高度各向异性的结构,并且拥有优良的电学、光学和机械性质。课题组设计的探测器对 633nm的红光展现出了高效快速并且稳定的响应,且在NH3环境下光敏性高达64.43 AW-1,同时得到了很高的外部量子效率(12621%)。NH3作为电子给体可以为GaS提供电子,增加了n-型GaS的载流子密度,而O2作为电子受体可以接受来自GaS的电子,从而减少GaS的载流子密度,所以在NH3环境下,该探测器得到比在空气和O2条件下更好的光敏性质。这些实验和理论中的发现说明新型超薄金属硫化物二维半导体材料可以被用于高效的纳米传感器、光探测器、光开关、场效应晶体管、光电子电路等微纳光电器件中。

  该工作得到了国家杰出青年基金和科技部“973”项目的支持。

半导体所在二维GaS超薄半导体的基础研究中取得新进展