作者单位
摘要
1 联合微电子中心有限责任公司, 重庆 400030
2 模拟集成电路国家级重点实验室, 重庆 400060
以MoS2为代表的二维半导体材料是下一代延续摩尔定律的潜在电子学新材料之一。然而,二维特性使得MoS2中电子的输运行为对环境条件高度敏感。采用范德华绝缘体材料进行封装包覆,是目前消除二维半导体器件环境敏感性的有效方案之一。文章采用化学气相传输法制备新型范德华绝缘体材料CrOCl,并以少层CrOCl为介电层和封装材料,设计并制备了基于MoS2的场效应晶体管。以CrOCl为底栅介电层及封装材料的MoS2晶体管的室温场效应迁移率约为60 cm2·V-1·s-1,2 K下进一步增大至100 cm2·V-1·s-1。此外,相比于无封装MoS2晶体管高达20 V的回滞窗口,CrOCl的包覆有效消除了晶体管转移特性的回滞现象,证明其在二维材料电子学中的应用潜力。
范德华绝缘体CrOCl MoS2场效应晶体管 介电层 封装材料 回滞现象 van der Waals insulator CrOCl MoS2 field effect transistor dielectric layer encapsulation material hysteresis 
微电子学
2023, 53(2): 315
作者单位
摘要
牡丹江师范学院物理与电子工程学院, 牡丹江 157011
利用第一性原理, 研究了S空位(VS)和Tc掺杂单层MoS2的电子结构和磁学性质。结果表明, Tc掺杂的单层MoS2是一种具有铁磁性的n型半导体; 与Tc掺杂体系相比, VS的引入不会导致(TcVS)掺杂系统的总磁矩发生显著变化, 且磁矩主要由Tc原子所贡献; 在2Tc掺杂体系中, 通过形成能分析确定出最稳定构型; 2Tc掺杂体系的磁矩为2.048 μB, 主要由两个Tc 原子贡献。通过自旋电荷密度分析表明, (Tc-4d)-(S-3p)-(Mo-4d)-(S-3p)-(Tc-4d)耦合链的形成可能是2Tc掺杂体系发生铁磁耦合的原因。
Tc掺杂单层MoS2 第一性原理 电荷密度 电子结构 磁学性质 Tc-doped ML-MoS2 first-principle charge density electronic structure magnetic property 
硅酸盐通报
2023, 42(11): 4178
作者单位
摘要
1 南京邮电大学理学院, 南京 210023
2 南京邮电大学材料科学与工程学院, 南京 210023
3 河南大学物理与电子学院, 开封 475004
利用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了不同层数MoS2和VS2堆垛形成的范德瓦耳斯异质结的电子结构和光学性能。通过从头算分子动力学验证了两种异质结在室温下的稳定性。此外, 两种异质结均显示p型肖特基接触, 但相较于单层MoS2构成的异质结, 在双层MoS2和VS2堆垛形成的异质结中, 势垒高度从0.36 eV显著降低到0.08 eV, 有效地形成了低接触电阻, 有助于降低载流子输运损失的能量。光吸收光谱的计算表明, 双层MoS2构成的异质结具有更高的吸收峰值。研究成果对基于MoS2的异质结设计以及在高性能光电器件方面的应用提供了理论依据。
密度泛函理论 电子结构 范德瓦耳斯异质结 肖特基势垒 光吸收 density functional theory MoS2 MoS2 electronic structure van der Waals heterojunction Schottky barrier light absorption 
人工晶体学报
2023, 52(11): 2007
李涛 1曹鹏飞 1胡力涛 1夏勇 1[ ... ]孙翱魁 1,2,*
作者单位
摘要
1 1.湖南工业大学 包装与材料工程学院, 株洲 412007
2 2.中南大学 冶金与环境学院, 长沙 410083
二硫化钼(MoS2)作为水系锌离子电池的正极材料, 受到锌离子(Zn2+)与主体框架之间的强静电相互作用表现出缓慢的反应动力学。并且MoS2的层间距较窄难以嵌入大尺寸水合Zn2+, 导致MoS2电极呈现出较低的放电比容量。本研究通过一种简单的氨水辅助水热法制备了NH4+扩层的二硫化钼(MoS2-N)电极, 氨水分解产生的氨气在促进硫代乙酰胺水解和提供还原性S2-的同时, 还会产生大量NH4+作为插层离子, 将MoS2的层间距由0.62 nm扩展至0.92 nm, 进而大大降低了Zn2+嵌入能垒(改性电极的电荷转移电阻Rct低至35 Ω)。当电流密度为0.1 A·g-1时, MoS2-N电极的初始放电比容量相比未扩层的MoS2电极提高了1倍, 高达149.9 mAh·g−1。同时在1.0 A·g-1电流密度下放电比容量稳定在110 mAh·g-1左右, 循环200圈后库仑效率将近100%。本研究提出的氨水辅助扩层法, 丰富了提升MoS2电化学性能的改性策略, 为后续的正极材料开发提供了新的思路。
MoS2 氨水辅助扩层 正极材料 水系锌离子电池 二维材料 MoS2 ammonia-assisted interlayer-expansion cathode material aqueous zinc ion battery 2D material 
无机材料学报
2023, 38(1): 79
刘苹 1,2徐威 1,2熊峰 1,2江金豹 1,2[ ... ]朱志宏 1,2,*
作者单位
摘要
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院&新型纳米光电信息材料与器件湖南省重点实验室,湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室,湖南 长沙 410073
过渡金属硫族化合物及其范德华异质结在光电探测方面具有重要的应用前景。近年来,基于光电导效应、光诱导栅控效应、光伏效应、光-热电效应等机理的器件被提出并广泛研究。其中,基于光诱导栅控效应的过渡金属硫族化合物平面型光电器件因其与晶体管相近的器件结构、工艺兼容性以及较高的光电探测响应率而备受关注,然而往往存在响应速度慢、不施加栅压时暗电流大等缺点,制约了器件性能的进一步提升。因此,针对过渡金属硫族化合物光诱导栅控型光电器件,如何提高其响应速度、降低暗电流成为亟需解决的重要问题。该研究通过实验构建石墨烯/MoS2/h-BN/石墨烯垂直异质结构,在传统石墨烯/MoS2异质结中插入宽禁带h-BN势垒层以抑制器件暗电流,同时利用光照条件下光生载流子的FN隧穿效应提升器件的光电响应速度。该研究成功实现了皮安量级的暗电流以及相对较快的光电探测响应速度(响应时间约为0.3 s),相比于传统石墨烯/MoS2异质结器件(响应时间约为20 s)有近两个数量级的提升,同时验证了基于FN隧穿效应的范德华垂直异质结构对于增强光电探测性能的积极作用。
光电探测器 范德华垂直异质结 FN隧穿 MoS2 h-BN 石墨烯 photodetector van der Waals vertical heterostructure FN tunneling MoS2 h-BN graphene 
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230217
李悦 1肖宜明 1,*徐文 1,2,3,**
作者单位
摘要
1 云南大学 物理与天文学院和云南省量子信息重点实验室,云南 昆明 650091
2 深圳网联光仪科技有限公司,广东 深圳 518118
3 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所 材料物理重点实验室,安徽 合肥 230031
考虑外加磁场导致的量子化朗道能级以及邻近效应诱导产生的交换作用,采用无规相近似(Random-phase approximation,RPA)下的介电函数对单层二硫化钼(Monolayer molybdenum disulfide,ML-MoS2)的纵向磁光电导率进行理论研究。探究了磁场、邻近效应诱导产生的交换作用等因素对纵向磁光电导率的影响。在太赫兹(Terahertz,THz)频段,可以看到由导带内电子跃迁所贡献的两个磁光吸收峰。在可见光频段,可以观察到从价带到导带电子跃迁所贡献的多个磁光吸收峰。研究结果表明,邻近效应诱导产生的交换作用和磁场强度对纵向磁光电导率有重要的影响,单层二硫化钼可应用于可见光到太赫兹频段的自旋电子学和谷电子学磁光器件。
单层二硫化钼 磁光电导率 邻近效应诱导产生的交换作用 ML-MoS2 magneto-optical conductivity proximity-induced exchange interaction 
红外与毫米波学报
2023, 42(2): 156
张瑞恩 1,2,*陈林聪 1,2李欣然 1,2赵海龙 1,2[ ... ]雷添翔 3
作者单位
摘要
1 海南电网有限责任公司电力科学研究院,海口 570311
2 海南省电网理化分析重点实验室,海口 570311
3 华北电力大学,保定 071003
本文基于第一性原理探讨了Ru掺杂的单层MoS2 (Ru-MoS2)的结构及其对SF6绝缘设备中的两种主要分解气体SO2F2和H2S的传感和吸附行为。Ru原子进入硫空位从而产生Ru-MoS2,结果表明,Ru-MoS2对SO2F2和H2S气体的吸附能(Ead)分别为-1.52和-2.11 eV,属于化学吸附。通过能带分析(BS)和态密度(DOS)分析进一步证明了两个体系的吸附性能,并阐述了Ru-MoS2用于电阻式气体传感器时的气体吸附传感机制。除此之外,本文在理论上探索了不同温度下Ru-MoS2解吸附SO2F2和H2S的恢复时间,在598 K温度下,SO2F2吸附体系的恢复时间为6.40 s,展示出该新型材料在高温下对气体的可恢复性。本文研究内容为Ru-MoS2检测SF6绝缘设备中的两种主要分解气体SO2F2和H2S提供理论基础,从而促进电力系统的稳定运行。
第一性原理 SF6分解气体 气体传感器 吸附 传感 Ru-MoS2 Ru-MoS2 first-principle SF6 decomposition gas gas sensor adsorption sensing 
人工晶体学报
2023, 52(2): 298
作者单位
摘要
河南工业大学理学院, 郑州 450001
采用射频(RF)磁控溅射法在石英衬底上制备了MoS2薄膜。通过正交试验研究了溅射时间、溅射温度、氩气流量和溅射功率对MoS2薄膜结构的影响。通过XRD、Raman、XPS、EDS和SEM对MoS2薄膜的结晶度、薄膜厚度和表面形貌进行分析,得到了制备MoS2薄膜的最佳工艺参数。发现溅射温度较高或较低结晶度都很差,在较低的溅射温度下样品的XRD衍射峰不明显。而当温度为250 ℃时,样品的XRD衍射峰较多,结晶度较好。根据正交试验法得出溅射温度对MoS2的结晶效果起着至关重要的作用,其次是氩气流量。当溅射温度为250 ℃,氩气流量为6 mL/min,溅射时间为30 min,溅射功率为300 W或400 W时,MoS2膜的结晶度较好。在这个条件下制备的膜较厚,但为以后的实验指明了方向。保持溅射温度、溅射功率和氩气流量不变,通过减少时间成功制备了厚度为58.9 nm的薄膜。
MoS2薄膜 射频磁控溅射 二维材料 正交试验法 工艺参数 MoS2 films RF magnetron sputtering two-dimensional material orthogonal test method process parameter 
人工晶体学报
2023, 52(2): 271
作者单位
摘要
1 Key Laboratory for Micro-Nano Physics and Technology of Hunan Province, College of Materials Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China
2 School of Materials Science and Engineering, Key Laboratory for Micro-Nano Physics and Technology of Hunan Province, Hunan University, Changsha 410082, China
MoS2 WSe2 Chemical vapor deposition (CVD) Vertical heterostructure Optoelectronic transistor 
Frontiers of Optoelectronics
2022, 15(4): s12200
Author Affiliations
Abstract
The human visual system, dependent on retinal cells, can be regarded as a complex combination of optical system and nervous system. Artificial retinal system could mimic the sensing and processing function of human eyes. Optically stimulated synaptic devices could serve as the building blocks for artificial retinas and subsequent information transmission system to brain. Herein, photonic synaptic transistors based on polycrystalline MoS2, which could simulate human visual perception and brain storage, are presented. Moreover, the photodetection range from visible light to near-infrared light of MoS2 multilayer could extend human eyes’ vision limitation to near-infrared light. Additionally, the photonic synaptic transistor shows an ultrafast speed within 5 μs and ultralow power consumption under optical stimuli about 40 aJ, several orders of magnitude lower than biological synapses (50 ms and 10 fJ). Furthermore, the backgate control could act as emotional modulation of the artificial brain to enhance or suppress memory function, i.e. the intensity of photoresponse. The proposed carrier trapping/detrapping as the main working mechanism is presented for the device. In addition, synaptic functionalities including short synaptic plasticity, long synaptic plasticity and paired-pulse facilitation could be successfully simulated based on the prepared device. Furthermore, the large difference between short synaptic plasticity and long synaptic plasticity reveals the better image pre-processing function of the prepared photonic synapses. The classical Pavlovian conditioning associated with the associative learning is successfully implemented as well. Therefore, the efficient and rich functionalities demonstrate the potential of the MoS2 synaptic device that integrates sensing-memory-preprocessing capabilities for realizing artificial neural networks with different emotions that mimic human retina and brain.The human visual system, dependent on retinal cells, can be regarded as a complex combination of optical system and nervous system. Artificial retinal system could mimic the sensing and processing function of human eyes. Optically stimulated synaptic devices could serve as the building blocks for artificial retinas and subsequent information transmission system to brain. Herein, photonic synaptic transistors based on polycrystalline MoS2, which could simulate human visual perception and brain storage, are presented. Moreover, the photodetection range from visible light to near-infrared light of MoS2 multilayer could extend human eyes’ vision limitation to near-infrared light. Additionally, the photonic synaptic transistor shows an ultrafast speed within 5 μs and ultralow power consumption under optical stimuli about 40 aJ, several orders of magnitude lower than biological synapses (50 ms and 10 fJ). Furthermore, the backgate control could act as emotional modulation of the artificial brain to enhance or suppress memory function, i.e. the intensity of photoresponse. The proposed carrier trapping/detrapping as the main working mechanism is presented for the device. In addition, synaptic functionalities including short synaptic plasticity, long synaptic plasticity and paired-pulse facilitation could be successfully simulated based on the prepared device. Furthermore, the large difference between short synaptic plasticity and long synaptic plasticity reveals the better image pre-processing function of the prepared photonic synapses. The classical Pavlovian conditioning associated with the associative learning is successfully implemented as well. Therefore, the efficient and rich functionalities demonstrate the potential of the MoS2 synaptic device that integrates sensing-memory-preprocessing capabilities for realizing artificial neural networks with different emotions that mimic human retina and brain.
MoS2 synaptic transistors visual perception ultralow power consumption memory 
Opto-Electronic Advances
2022, 5(9): 210069

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