Nuevos avances en la investigación de la heterounión de semiconductores bidimensionales

Recientemente, Kangjun, estudiante de doctorado en el Laboratorio Nacional Clave de Superlattice en el Instituto de Semiconductores de la Academia China de Ciencias, y en el equipo de investigación de Lijingbo, Lishushen y Xiajianbai, trabajó con el Dr. Wanglinwang del Lawrence Berkeley National Laboratorio (LBNL). El equipo de investigación ha logrado nuevos avances en la investigación básica de semiconductores bidimensionales Hetero junction. Los resultados relevantes se publicaron en las NanoLetters alojadas por la American Chemical Society el 30 de septiembre.

Semiconductor Hetero junction es una estructura formada por el contacto de diferentes materiales semiconductores. Dado que los dos materiales semiconductores que forman la unión Hetero tienen diferentes parámetros físicos como el ancho de banda prohibida, la energía de afinidad electrónica, la constante dieléctrica y el coeficiente de absorción, la unión Hetero exhibirá muchas propiedades que son diferentes de las de un solo material semiconductor. En el campo de los semiconductores tradicionales, los dispositivos electrónicos fabricados con semiconductores Hetero junction como núcleo, como fotodetectores, diodos emisores de luz, células solares, láseres, etc., a menudo tienen un rendimiento superior que los dispositivos similares fabricados con materiales de medio conductor único.

En los últimos años, un nuevo tipo de material semiconductor bidimensional representado por disulfuro de molibdeno bidimensional (MoS2) y seleniuro de molibdeno (MoSe2) se ha convertido rápidamente en la frontera de la investigación en el campo de la ciencia de los materiales. El grosor de estos semiconductores es de solo unos pocos átomos y se espera que se convierta en una plataforma bidimensional para una nueva generación de dispositivos electrónicos. La acumulación de diferentes capas de semiconductores bidimensionales forma una unión heterogénea semiconductora bidimensional, y los nuevos fenómenos físicos en dicha unión heterogénea también se han convertido en un foco de investigación internacional sobre nanotecnología.

En este contexto, el equipo de investigación de Semiconductor y LBNL aplicó el primer principio para calcular la estructura y propiedades electrónicas de la unión bidimensional MoS2 / MoSe2 Hetero. Las monocapas bidimensionales de MoS2 y MoSe2 tienen un 4,4% de desajustes de red. Mediante el cálculo de la energía de deformación y la energía de enlace, se descubrió que la fuerza del efecto de enlace de Fandewaersi entre ellos no era suficiente para eliminar este desajuste y formar una unión heterogénea de emparejamiento de celosía, sino para formar una estructura llamada Moiré Patters.

En el patrón de Mohs, los métodos de acumulación de MoS2 y MoSe2 en diferentes regiones también son diferentes, lo que resulta en diferentes efectos de acoplamiento entre capas y diferentes potenciales electrostáticos en diferentes regiones, lo que tendrá un impacto significativo en la estructura electrónica de la unión Hetero. Para explorar más a fondo el efecto regulador del patrón de Mohs en la estructura electrónica de la unión hetero, se utilizó un nuevo algoritmo de escalado lineal para calcular la función de onda de borde de una supercélula de patrón MoS2 / MoSe2 Mos que contiene 6630 átomos. Los resultados muestran que la función de onda de cavitación en la parte superior de la banda de valencia se limita al área con un fuerte acoplamiento entre capas, mientras que la función de onda de electrones en la parte inferior de la banda de conducción está relativamente extendida, mostrando solo una localidad débil. Los resultados indican que la formación del patrón de Mohs y la localización resultante de la función de onda serán las propiedades universales de la unión Hetero semiconductora bidimensional. Estos nuevos hallazgos proporcionarán una guía teórica para la preparación de dispositivos semiconductores bidimensionales de unión heterogénea.

Este trabajo fue apoyado por el Fondo Nacional Juvenil Destacado y el proyecto "973" del Ministerio de Ciencia y Tecnología.

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