用于中红外发光应用的基于黑磷的范德华异质结构

研究人员已经在由薄膜黑磷 (BP) 和过渡金属二硫属化物 (TMDC) 构成的简单但新颖的范德华 (vdW) 异质结构中实现了光学和电驱动的中红外 (MIR) 发光器件。这项工作表明 vdW 异质结构是一个有前途的中红外研究和应用平台。

中红外光谱已广泛用于热成像、分子表征和通信。在中红外技术中，中红外发光二极管(LED)具有线宽窄、功耗低、便携等优势。自 2014 年发现薄膜 BP 以来，由于其独特的性质，如面内各向异性、高载流子迁移率和可调带隙等而备受关注，使 BP 成为一种很有前途的电子材料应用和光电。

BP 具有与厚度相关的 (0.3-2 eV) 带隙，可以通过引入外部电场或化学掺杂进一步调整带隙大小。由于这些原因，薄膜BP一直被视为一种星型中红外材料。以前的研究主要集中在单层和少层 BP 薄片(层数 < 5 层)的发光特性上。然而，最新报道表明，薄膜 BP(> 7 层)在 MIR 区域显示出显着的光致发光特性。

在Light: Science & Applications杂志的一份报告中，研究人员提出了一种用于 MIR 发光应用的新型 vdW 异质结构，该异质结构由 BP 和 TMDC(例如 WSe 2和 MoS 2)构建。根据 DFT 计算，BP-WSe 2异质结构形成 I 型带排列。因此，单层WSe 2 中的电子和空穴对可以有效地传输到窄带隙BP，从而增强薄膜BP的MIR光致发光。在 5 纳米厚的 BP-WSe 2异质结构中实现了~200% 的增强因子。

另一方面，BP-MoS 2异质结构形成II型能带排列。在p型BP和n型MoS 2之间的界面处形成自然PN结。当在 BP 和 MoS 2之间施加正偏压(Vds > 0)时，MoS 2导带中的电子可以穿过势垒进入 BP 的导带。同时，由于价带的大肖特基势垒，大部分空穴被阻挡在BP内部的界面处。因此，在 BP-MoS 2 异质结构中实现了有效的 MIR 电致发光。

BP-TMDC vdW异质结具有制造工艺简单、效率高、与硅技术兼容性好等诸多优点。因此，该技术为研究硅二维混合光电系统提供了一个有前景的平台。

标签： 范德华异质结构