二次元半導体ヘテロ接合の研究における新たな進歩

最近、中国科学院の半導体研究所の超格子の国家重点実験室の博士課程の学生であるカンジュンは、Lijingbo、Lishushen、Xiajianbaiの研究チームで、Lawrence BerkeleyNationalのDr.Wanglinwangと協力しました。研究所（LBNL）。研究チームは、二次元半導体ヘテロ接合の基礎研究において新たな進歩を遂げました。関連する結果は、9月30日にアメリカ化学会が主催したNanoLettersに掲載されました。

半導体ヘテロ接合は、異なる半導体材料の接触によって形成される構造です。ヘテロ接合を構成する2つの半導体材料は、バンドギャップ幅、電子親和力エネルギー、誘電率、吸収係数などの物理的パラメータが異なるため、ヘテロ接合は、単一の半導体材料とは異なる多くの特性を示します。従来の半導体分野では、光検出器、発光ダイオード、太陽電池、レーザーなど、半導体ヘテロ接合をコアとした電子デバイスは、単一の半導体材料で作られた同様のデバイスよりも優れた性能を発揮することがよくあります。

近年、二次元二硫化モリブデン（MoS2）とセレン化モリブデン（MoSe2）に代表される新しいタイプの二次元半導体材料が、材料科学の分野で急速に研究の最前線になりました。このような半導体の厚さはわずか数原子であり、新世代の電子デバイスの二次元プラットフォームになることが期待されています。異なる二次元半導体層の蓄積が二次元半導体ヘテロ接合を形成し、そのようなヘテロ接合における新しい物理現象も国際的なナノテクノロジー研究の焦点となっています。

これに関連して、半導体とLBNLの研究チームは、第一原理を適用して、2次元のMoS2 / MoSe2ヘテロ接合の構造と電子特性を計算しました。 2次元のMoS2およびMoSe2単分子層には、4.4％の格子不整合があります。ひずみエネルギーと結合エネルギーの計算により、Fandewaersiの結合効果の強さは、この不一致を排除して格子整合のヘテロ接合を形成するのに十分ではなく、モアレパターンと呼ばれる構造を形成するのに十分であることがわかりました。

モースパターンでは、異なる領域でのMoS2とMoSe2の蓄積方法も異なり、その結果、異なる領域で異なる層間結合効果と異なる静電ポテンシャルが生じ、ヘテロ接合の電子構造に大きな影響を与えます。ヘテロ接合電子構造に対するモースパターンの調節効果をさらに調査するために、新しい線形スケーリングアルゴリズムを使用して、6630個の原子を含むMoS2 / MoSe2Mosパターンスーパーセルのエッジ波動関数を計算しました。結果は、価電子帯の上部のキャビテーション波動関数が強い層間結合のある領域に限定されているのに対し、伝導帯の下部の電子波動関数は比較的拡張されており、局所性が弱いことを示しています。結果は、モースパターンの形成とその結果としての波動関数の局在化が、2次元半導体ヘテロ接合の普遍的な特性になることを示しています。これらの新しい発見は、二次元半導体ヘテロ接合デバイスの準備のための理論的ガイダンスを提供します。

この作品は、国立優秀青年基金と科学技術省の「973」プロジェクトによってサポートされていました。

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