奧地利研制出基于二維材料的先進二維光電二極管

[據(jù)美國光電子網(wǎng)站2014年3月17日報道] 奧地利維也納大學光子學研究所的一組研究人員利用晶體材料成功研制出了一種特殊類型的二極管，該材料只有幾個原子層厚。這種超薄晶體的性能為太陽能電池、光電二極管和發(fā)光二極管開創(chuàng)了以前無法想象的可能性。此項工作已在3月份的《自然納米技術(shù)》中發(fā)表，為二維光電子技術(shù)的顯著進展鋪平道路。

電子設(shè)備中使用的半導體通常是利用三維晶體研制的晶體硅制成的。這些晶體不僅彈性低、重量大，而且制造成本高。此外，其它的方法，如有機半導體和薄膜技術(shù)會使材料的質(zhì)量和耐久性都較差。二維光子晶體——晶體材料只有一個或幾個原子厚——提供了更好的成功幾率。它們可以經(jīng)濟靈活地實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，并可展現(xiàn)出晶體材料的所有優(yōu)點。奧地利團隊成功地利用這種二維晶體研制出第一個PN結(jié)二極管，從而為光電子變革奠定了基礎(chǔ)。

Thomas Mueller教授領(lǐng)導的團隊使用的原材料是鎢硒（WSe2），這種材料具有比石墨烯更優(yōu)異的特性，是目前知名的二維材料。Mueller解釋說，“鎢硒存在帶隙，電子需要一定的能量跨越到導帶上。石墨烯無法輕易提供許多電子元件的這個基本要求?！眻F隊為開展進一步的工作，首先要從三維晶體中機械“剝離”出厚度只有0.7納米、二維結(jié)構(gòu)的鎢硒?！拔覀冸S后使用復雜的程序檢測是否已成功得到二維晶體，因為只有這樣薄的材料才能展現(xiàn)所要求的特性，”Mueller指出。光譜分析、光學對比度測量和原子力顯微鏡證實該研究達到了預期效果。然后將單層鎢硒放置在兩個電機之間測量其電特性。這樣證實PN結(jié)二極管的功能：有可能注入正負電荷，電流只在一個方向上流動。

“單層鎢硒晶體形式在理論上是PN結(jié)二極管的一個理想起始材料，但此前從未得到證實，我們現(xiàn)在做到了。我們測定了光電轉(zhuǎn)化的效率為0.5％，”Mueller補充道，世界上首次證實了二維晶體材料的光電特性。95％的高透明性意味著該材料可同時用于窗戶玻璃和太陽能電池。還可將幾層這種超薄材料堆疊在一起將效率提高10％。該材料用作光電二極管的功能已被證實，其靈敏度高于石墨烯。該性能可通過電光轉(zhuǎn)換被進一步增強。（工業(yè)和信息化部電子科學技術(shù)情報研究所 薛力芳）