奥地利研制出基于二维材料的先进二维光电二极管

电子设备中使用的半导体通常是利用三维晶体研制的晶体硅制成的。这些晶体不仅弹性低、重量大，而且制造成本高。此外，其它的方法，如有机半导体和薄膜技术会使材料的质量和耐久性都较差。二维光子晶体——晶体材料只有一个或几个原子厚——提供了更好的成功几率。它们可以经济灵活地实现大规模生产，并可展现出晶体材料的所有优点。奥地利团队成功地利用这种二维晶体研制出第一个PN结二极管，从而为光电子变革奠定了基础。

Thomas Mueller教授领导的团队使用的原材料是钨硒（WSe2），这种材料具有比石墨烯更优异的特性，是目前知名的二维材料。Mueller解释说，“钨硒存在带隙，电子需要一定的能量跨越到导带上。石墨烯无法轻易提供许多电子元件的这个基本要求。”团队为开展进一步的工作，首先要从三维晶体中机械“剥离”出厚度只有0.7纳米、二维结构的钨硒。“我们随后使用复杂的程序检测是否已成功得到二维晶体，因为只有这样薄的材料才能展现所要求的特性，”Mueller指出。光谱分析、光学对比度测量和原子力显微镜证实该研究达到了预期效果。然后将单层钨硒放置在两个电机之间测量其电特性。这样证实PN结二极管的功能：有可能注入正负电荷，电流只在一个方向上流动。

“单层钨硒晶体形式在理论上是PN结二极管的一个理想起始材料，但此前从未得到证实，我们现在做到了。我们测定了光电转化的效率为0.5％，”Mueller补充道，世界上首次证实了二维晶体材料的光电特性。95％的高透明性意味着该材料可同时用于窗户玻璃和太阳能电池。还可将几层这种超薄材料堆叠在一起将效率提高10％。该材料用作光电二极管的功能已被证实，其灵敏度高于石墨烯。该性能可通过电光转换被进一步增强。（工业和信息化部电子科学技术情报研究所 薛力芳）