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运输性质

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磷看到了光

光反应:实验设置

磷是一种新型的2D材料,它是磷的结晶同素异形体,非常适合制造可在从可见光到近红外的各种波长范围内工作的光电探测器。可以这么说,荷兰的研究人员是第一个研究由磷制成的场效应晶体管(FET)如何响应不同频率的光的人。

当前,大多数2D材料研究集中在石墨烯上,但是这种材料在其价键和导带之间没有直接的电子带隙,这一事实意味着科学家现在也开始研究其他2D候选物。带隙对于电子应用是必不可少的,因为它允许材料打开和关闭电子流。

过渡材料

在有前途的新移民中,有一种过渡金属被称为“dichalcogenides”(TMDC)。此类材料的化学式为MX2,其中M是过渡金属(例如钼或钨),X是“chalcogen”(例如硫,硒或碲)–当将它们从整体缩小到单层时,材料从间接带隙半导体变成直接带隙半导体。这种缩放比例还使它们能够有效吸收和发射光,使其非常适合在各种光电设备中使用。

但是,存在一个问题,TMDC对光的响应相对较慢。它们的带隙也很大–大约在1.5和2之间 eV –因此仅适用于在电磁光谱的可见光部分工作的设备应用。具有直接和小带隙以及快速光响应的材料因此可以弥合具有大带隙的石墨烯(零间隙半导体)和TMDC之间的间隙。

黑色层

磷,也称为几层黑磷,可以通过机械裂解黑磷晶体(以与从大块石墨机械剥离石墨烯层的方式相同)获得。尽管研究人员自1960年代就知道大量的黑磷,但直到最近才尝试分离出该材料的单层。与石墨烯一样,磷原子排列成六边形晶格,但其带隙小且直接(0.3 散装材料的eV在0.33和0.81之间 eV对于在此工作中制成的设备),磷可以在绝缘状态和导电状态之间快速切换。该材料仍然足够薄以限制电子,但是,电荷很快就流过该结构–这导致了高电荷迁移率,这对于制造超快光电探测器和其他电子设备至关重要。

当暴露于可见光和近红外光下时,由磷制成的FET的光响应达到4.8 毫安/瓦。这比MoS都快2– and WS2的光电探测器。重要的是,材料也是“ambipolar”,这意味着它可以与电子和空穴同时传导,因此可以用来构造p–。最后是磷烯’孔的迁移率可以达到近300 cm2/ Vs,约为MoS的三到五倍2,而硅’孔的移动性仅为100 cm2/ Vs。

光反应

研究人员通过剥落大量的黑磷获得了磷,然后在实验室中用它来制造FET。“与微电子工业中制造的常规FET相比,我们的晶体管的导电沟道暴露在外,以允许光到达该沟道。通过将不同波长的光照射到通道上,我们可以确定晶体管如何响应该光,”代尔夫特理工大学的Michele Buscema说。

根据该团队的说法,FET可以制造出良好的光学传感器和太阳能电池。磷光体特别适用于近红外检测应用,也适用于夜视成像,例如,TMDC由于其较大的带隙而无法工作。代尔夫特团队现在正在研究利用黑磷的双极性行为来构建p–n个结和太阳能电池。

当前的工作在 纳米字母.

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