un, Schema schematico dell'eterostruttura BP-WSe2. Sotto l'eccitazione della luce, le coppie di elettroni e lacune in WSe2 possono essere trasmesse in modo efficiente a BP, migliorando così la sua fotoluminescenza MIR. B, Schema schematico del diodo ad eterogiunzione BP-MoS2. Sotto una tensione di polarizzazione positiva tra BP e MoS2, gli elettroni sulla banda di conduzione di MoS2 possono superare la barriera, entrare nella banda di conduzione di BP, e si ricombinano con abbondanti buchi in BP. In tal modo si ottiene l'elettroluminescenza Credito:Xinrong Zong, Huamin Hu, Gang Ouyang, Jingwei Wang, Corri Shi, Le Zhang, Qingsheng Zeng, Chao Zhu, Shoheng Chen, Chun Cheng, Bing Wang, Han Zhang, Zheng Liu, Wei Huang, Taihong Wang, Lin Wang e Xiaolong Chen
I ricercatori hanno realizzato dispositivi a emissione di luce nel medio infrarosso (MIR) guidati otticamente ed elettricamente in una semplice ma innovativa eterostruttura di van der Waals (vdW) costruita con fosforo nero a film sottile (BP) e dicalcogenuri di metalli di transizione (TMDC). Questo lavoro suggerisce che l'eterostruttura vdW è una piattaforma promettente per la ricerca e le applicazioni nel medio infrarosso.
Gli spettri MIR sono stati ampiamente utilizzati per l'imaging termico, caratterizzazioni molecolari, e comunicazioni. Tra le tecnologie MIR, I diodi a emissione di luce (LED) MIR mostrano i vantaggi di una larghezza di riga ridotta, basso consumo energetico, e portabilità. Dalla scoperta della BP a film sottile nel 2014, ha ricevuto molta attenzione per le sue proprietà uniche, come l'anisotropia nel piano, elevata mobilità del vettore, e banda proibita sintonizzabile, eccetera., rendendo BP un materiale promettente per applicazioni in elettronica e optoelettronica.
BP ha un bandgap dipendente dallo spessore (0,3-2 eV), e la dimensione del bandgap può essere ulteriormente regolata introducendo un campo elettrico esterno o drogaggio chimico. A causa di questi motivi, BP a film sottile è stato considerato un materiale MIR stellare. La ricerca precedente si è concentrata principalmente sulle proprietà di luminescenza dei fiocchi BP monostrato e a pochi strati (con numero di strato <5 strati). Però, gli ultimi rapporti indicano che la BP a film sottile (> 7 strati) mostra notevoli proprietà di fotoluminescenza nella regione MIR.
In un rapporto per la rivista Luce:scienza e applicazioni , i ricercatori hanno proposto una nuova eterostruttura vdW per applicazioni di emissione di luce MIR, costruito da BP e TMDC (come WSe 2 e MoS 2 ). Secondo il calcolo DFT, il BP-WSe 2 l'eterostruttura forma un allineamento di banda di tipo I. Quindi, le coppie elettrone e lacuna nel monostrato WSe 2 possono essere trasportati in modo efficiente nella BP a banda stretta, migliorando così la fotoluminescenza MIR della BP a film sottile. Un fattore di miglioramento ~200% è stato raggiunto nel BP-WSe di 5 nm di spessore 2 eterostruttura.
D'altra parte, il BP-MoS 2 l'eterostruttura forma un allineamento di banda di tipo II. Una giunzione PN naturale si forma all'interfaccia tra BP di tipo p e MoS . di tipo n 2 . Quando viene applicata una polarizzazione di tensione positiva tra BP e MoS 2 (Vds> 0), elettroni nella banda di conduzione di MoS 2 può attraversare la barriera ed entrare nella banda di conduzione della PA. Allo stesso tempo, la maggior parte dei fori è bloccata all'interfaccia all'interno di BP a causa della grande barriera di Schottky della banda di valenza. Di conseguenza, un'elettroluminescenza MIR efficiente si ottiene nel BP-MoS 2 eterostruttura.
Le eterostrutture BP-TMDC vdW hanno molti vantaggi, come un semplice processo di fabbricazione, alta efficienza, e buona compatibilità con la tecnologia al silicio. Quindi, questa tecnologia fornisce una piattaforma promettente per studiare i sistemi optoelettronici ibridi silicio-2-D.
