魏洋、范守善研究组在低维器件研究中取得进展

2019年3月21日

自纳米科技领域受到广泛关注以来,已经发展出大量的纳米材料,如零维量子点、一维纳米线纳米管、二维材料等。这些结构和性质迥异的低维纳米材料为构筑纳米器件提供了基础,用不同维度的低维材料设计和构筑结构与功能更为复杂的器件,实现不同维度和不同材料之间的优势互补、协同工作是纳米科技领域的重要研究方向。

最近清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室博士生张科同学在导师国重成员范守善院士和魏洋副研究员的指导下,利用单根金属型碳纳米管、二维半导体WSe2和石墨烯构筑了一种新颖的一维二维混合维度范德华异质结,如图1所示。基于这种异维结的光电探测器具有空间分辨率受电场调控的独特特性。通过调控器件的栅极电压VG和源漏偏置电压VDS可获得低空间分辨模式(VG<0,VDS<0,WSe2和Graphene重叠区域对光信号有响应)和高空间分辨模式(VG>0,VDS<0,感光区域为CNT,WSe2和Graphene重叠区域)。器件的这种电控特性主要取决于其非对称的几何结构和器件中低维材料的费米面受电场调控。进一步实验证明器件的高分辨模式可成功分辨出周期为334 nm的干涉条纹,充分说明了器件的超高分辨能力。由于已知的一维和二维纳米材料非常丰富,因此可以在该研究的基础上发展出一系列混合维度范德华异质结,这些异质结的物性和器件应用是值得深入探索的具有丰富内容的新课题。该项工作为低维纳米器件的研究开辟了新的思路,将在纳米电子学、纳米光电子学领域展现出其潜力。

图1 器件结构及其光电流显微镜图像

这项研究成果以 “Electrical control of spatial resolution in mixed-dimensional heterostructured photodetectors为题发表在国际著名学术期刊PNAS上。清华大学物理系魏洋副研究员为该文的通讯作者,清华大学物理系博士生张科为文章的第一作者。该项工作得到科技部(2018YFA0208401,2017YFA0205800)、国家自然科学基金(61774090,51472142,51727805)和清华-富士康纳米科技研究中心的支持。

 

全文链接 https://doi.org/10.1073/pnas.1817229116