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宽度可调的二维/一维异质结的合成

2021-09-10

纳米带作为一种一维(1D)纳米结构,已经研究了很多年。由于量子尺寸效应和边缘效应,一维材料与二维纳米片相比表现出许多不同的性质。例如,窄宽度的锯齿形石墨烯纳米带是反铁磁半导体,而随着宽度的增加,可以观察到半导体到金属的转变。近年来,由一维材料和二维(2D)材料组成的异质结构因其在电子和光电子器件中的应用前景而备受关注。例如,通过分子束外延(MBE)方法获得了1DMo6Te6/2D MoTe2异质结构,这为合成一维半金属纳米带提供了一种新方法。此外,2D/1D异质结构也表现出优异的器件性能,例如高开/关比、宽栅极可调性、锂离子电池的更好性能和显著的析氢反应(HER)活性等。然而,以往对2D/1D异质结构的研究主要集中在垂直堆叠上,宽度可调的2D/1D横向异质结构的可控合成却鲜有报道。

有鉴于此,湖南大学段曦东教授课题组报道了使用双向气流两步化学气相沉积法合成了宽度可调的2D/1D WS2/WSe2横向异质结。通过磁铁和特制的石英钩可以控制基底的位置,进而精确地控制反应时间。在升温阶段,通入反向气流,基底位于炉外,此时不会有WSe2沉积,而且避免了WS2基底的热刻蚀。在生长阶段,将基底推进炉子,停留3-5分钟,转换气流方向,开始沉积WSe2,沉积WSe2的宽度可以由生长时间控制,由10 nm到几微米不等。降温阶段,将样品再次拉出炉外,并转换气流方向,避免了初降温初始阶段WSe2的继续沉积。此方法也可用于其他类型横向异质结的合成。

本研究为超窄一维纳米带的制备开发了一种新的方法,并为今后2D/1D横向异质结构的光电性能的研究开辟了新的道路。

Synthesis of two-dimensional/one-dimensional heterostructures with tunable width

Di Wang, Zucheng Zhang, Bo Li, Xidong Duan

J. Semicond. 2021, 42(9): 092001

doi:?10.1088/1674-4926/42/9/092001

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