南京工業大學新方法制備超薄半導體材料

　　“我們制備了超薄的高質量二維碘化鉛晶體，并且通過它實現了對二維過渡金屬硫化物材料光學性質的調控。”孫研興奮地介紹。日前，南京工業大學王琳教授課題組的這一成果，發表在國際權威期刊《先進材料》(Advanced materials)上。

　　“我們首次制備的這一超薄碘化鉛納米片，專業術語稱為‘原子級厚度的寬禁帶二維PbI2晶體’，是一種超薄的半導體材料，厚度只有幾個納米。而且，我們采用了溶液法來合成，這種方法對設備要求很低，具有簡單、快速、高效的優點，能夠滿足大面積和高產量的材料制備需求。 合成出的碘化鉛納米片具有規則的三角形或者六邊形形狀，平均尺寸六微米，表面光滑平整，光學性能良好。”論文第一作者、南京工業大學博士研究生孫研說，“之后，我們把這一超薄的碘化鉛(PbI2)納米片與二維過渡金屬硫化物(TMDs)結合，進行人工設計，把它們堆疊到一起，制備出了不同類型的PbI2/TMDs異質結。我們發現碘化鉛(PbI2)納米片的光學帶隙很特別，和不同的單層TMDs材料之間能夠形成不同的界面能級排列，因此能夠獲得不同類型的異質結，因為能級排列方式不一樣，因此碘化鉛能夠對不同TMDs材料的光學表現起到不同影響。”

　　據孫研介紹，二維過渡金屬硫化物材料包括MoS2、WS2、WSe2等，經過理論計算和實驗結果表明，MoS2/PbI2異質結(即一型異質結)形成跨立型能帶排列，這種能帶結構可以有效地增強單層MoS2發光，提高發光效率，有利于制作像發光二極管、激光這類的器件，應用在顯示與照明中；而WS2/PbI2和WSe2/PbI2異質結(即二型異質結)屬于錯開型能帶排列，表現為WS2與WSe2發光強度減弱、光生電子和空穴向相反的方向傳輸，可以利用在光電探測器、光伏器件等領域。

　　這一工作成果實現了超薄碘化鉛對二維過渡金屬硫化物材料光學性質的調控，充分展現了其在二維材料能帶工程中的靈活性和多樣性，與傳統以硅基材料為主體的光電子器件相比，課題組的這一新方法，由于所采用的材料具有柔性、微納尺寸特點，因此可以應用在制備柔性化、可集成的光電子器件方面，“基于碘化鉛納米片的二維半導體異質結，在可集成化的微納光電器件領域有著廣闊的應用前景，為制造太陽能電池、光電探測器等等，也提供了一個新思路。”孫研說。