课题基金 / 基金详情

基于温和等离子体插层的二维材料复合结构的制备及光探测应用研究

批准号:
62074070
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
肖少庆
依托单位:
学科分类:
半导体材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
肖少庆

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
二维原子晶体(分子)复合结构具有可大范围调节的电子性质,从而可提供远超现有材料的独特功能和技术应用。本项目提出一种创新性的温和等离子体插层的方法用于制备二维原子晶体分子复合结构,并在该结构表面引入等离子激元半金属纳米颗粒,实现这种复合结构在光电探测器中的应用。研究内容包括:(1)研究二维原子晶体分子复合结构的成分、微结构、层间距和光学特性与等离子体处理参数的内在联系;(2)结合实验和理论探索等离子体构造二维原子晶体分子复合结构的物理机制;(3)实现半金属纳米颗粒的可控制备并研究其等离子激元效应机制;(4)构筑基于半金属纳米颗粒修饰的二维原子晶体分子复合结构(或异质结)光电探测器并研究其光响应性能。项目申请人在二维材料及光电器件和等离子体技术研发方面具有丰富经验,而且前期工作证明本方案具有高度的可行性,研究成果可为二维原子晶体分子复合结构的按需可控制备及相关光电器件的开发提供理论和应用基础。
英文摘要
Two-dimensional atomic crystal (molecular) hybrid structures possess variable electronic properties within a large range, and consequently provide many unique functions and technological applications that are beyond the reach of existing materials. This project proposes an innovative soft plasma-intercalation technique for the preparation of such two-dimensional atomic crystal molecular hybrid structures and introduces plasmonic semimetal-nanoparticles on the surface of such hybrid structures to realize the application in photodetectors. The main research contents include: (1) Studying the intrinsic relationship between the composition, microstructure, layer spacing as well as optical properties of two-dimensional atomic crystal molecular hybrid structures and plasma treatment parameters; (2) Exploring the physical mechanism of plasma-based two-dimensional atomic crystal molecular hybrid structures using a combination of experiment and theory; (3) Realizing the controllable preparation of semimetal-nanoparticles and studying their plasmonic mechanism; (4) Constructing two-dimensional atomic crystal molecular hybrid structure based photodetectors decorated by semimetal-nanoparticles and investigating their photoresponse performances. The project applicant is experienced in the research and development of two-dimensional materials and optoelectronic devices as well as plasma technologies. Moreover, the preliminary research work proves that this project is highly feasible. The research results may provide physical basis and application foundation for both the on-demand controllable preparation of two-dimensional atomic crystal molecular hybrid structures and the development of related optoelectronic devices.
课题组通过四年的实验和模拟研究,成功开发了一种温和氧气等离子体插层工艺,系统研究了该工艺对过渡金属二硫化物(TMDCs)二维材料的结构、成分、厚度及光电性能的影响,成功构建了TMDCs单层与氧分子层相间的二维原子晶体分子超晶格。该工艺在容性放电模式下工作,等离子体密度低且电场与衬底表面平行,驱动O2+离子进入TMDCs层间,通过范德华力形成稳定的O2分子层,有效分离TMDCs单层并抑制层间耦合。与原始TMDCs材料相比,MoS2[O2]x、WS2[O2]x、MoSe2[O2]x和ReS2[O2]x超晶格展现出单层材料的直接带隙特性,且插层后的超晶格异质结光电性能显著提升,如MoS2[O2]x/WS2[O2]x超晶格水平异质结的光电流提高了100倍。相关成果发表在Nature Communications(2020, 11, 5960)上,并获得国家发明专利授权(ZL201911163336.9)。..课题组还构建了WOx/MoS2和MoS2/WOx两种复合结构的光电探测器,系统比较了其在近红外光区域的光响应度、响应速度、量子效率和探测率等性能参数,发现MoS2/WOx在1550 nm波长下的光响应度达到645 A/W,探测率为1.8×1012琼斯,响应时间快(上升时间24 μs,下降时间1.58 ms),截止频率可达40 kHz,而WOx/MoS2则几乎没有光响应。通过第一性原理计算和时域有限差分法(FDTD)模拟,发现MoS2/WOx结构中MoS2层完整,与底部半金属NPs的耦合促进了局域表面等离子体共振(LSPR),扩大了探测光谱范围并加速了光电效应。此外,课题组还构建了基于等离子体激元修饰的MoS2/WSe2/WO3-x光电探测器,将响应时间提升至7 μs。..课题组还开展了二维材料肖特基势垒二极管光电探测器的制备和研究,以及基于温和等离子体掺杂的二维材料异质结光电探测器的制备和研究。至今已发表相关SCI论文12篇,包括Nature Communications、Journal of Materials Science & Technology和Small等高水平期刊,申请发明专利5项,已授权2项,并获得2020年高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)自然科学奖二等奖(排名第二)。培养已毕业硕士4名,参加学术会议10人次,并吸引了4名本科生参与项目研究。这些成
基于温和等离子体沉积技术的n型晶硅HIT太阳能电池的制备与研究
  • 批准号:
    61404061
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    肖少庆
  • 依托单位:
国内基金
海外基金