多层黑磷的带隙(~0.33 eV)覆盖~3.7微米光谱范围,在红外应用方面有巨大潜力.然而进一步降低带隙使其可用于远红外器件仍面临挑战.此外,黑磷材料及器件饱受空气稳定性差的困扰.因此,我们提出了同系物砷取代的策略,实现了对黑磷带隙的调...多层黑磷的带隙(~0.33 eV)覆盖~3.7微米光谱范围,在红外应用方面有巨大潜力.然而进一步降低带隙使其可用于远红外器件仍面临挑战.此外,黑磷材料及器件饱受空气稳定性差的困扰.因此,我们提出了同系物砷取代的策略,实现了对黑磷带隙的调控和稳定性的增强.通过优化化学气相传输的生长参数,我们制备出砷含量可控的毫米级黑磷母体.经扫描隧道显微镜和能谱分析,砷原子随机嵌入黑磷的主晶格中并保留了原有几近完美的晶格排列.对于60%砷含量的多层黑磷,其电学带隙降低至~0.16±0.02 eV并伴随强的p型掺杂.受益于较小的晶格畸变和强掺杂效应,基于砷取代黑磷的光电器件表现出高达约882 mA W^(-1)的光响应率,远超未取代的黑磷基光电器件(约314 mA W^(-1)).更为重要的是,砷取代的黑磷器件在暴露大气环境(温度~20℃;湿度~33%)48小时后未表现出明显的氧化迹象.本文为开发黑磷基、可长时间运行的光电探测器和光调制器件提供了新途径.展开更多
基金supported by the Postgraduate Research and Practice Innovation Program of NUAA(xcxjh20210111)the National Natural Science Foundation of China(1210040808,61922082,and 12004180)+5 种基金the National Key Research and Development Program of China(2019YFA0705400)the Natural Science Foundation of Jiangsu Province(BK20210312 and BK20190018)the Fundamental Research Funds for the Central Universities(NS2020008 and NJ2019002)the Program for Innovative Talents and Entrepreneur in Jiangsuthe Research Fund for the State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures(MCMS-I-0419G02)the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions。
文摘多层黑磷的带隙(~0.33 eV)覆盖~3.7微米光谱范围,在红外应用方面有巨大潜力.然而进一步降低带隙使其可用于远红外器件仍面临挑战.此外,黑磷材料及器件饱受空气稳定性差的困扰.因此,我们提出了同系物砷取代的策略,实现了对黑磷带隙的调控和稳定性的增强.通过优化化学气相传输的生长参数,我们制备出砷含量可控的毫米级黑磷母体.经扫描隧道显微镜和能谱分析,砷原子随机嵌入黑磷的主晶格中并保留了原有几近完美的晶格排列.对于60%砷含量的多层黑磷,其电学带隙降低至~0.16±0.02 eV并伴随强的p型掺杂.受益于较小的晶格畸变和强掺杂效应,基于砷取代黑磷的光电器件表现出高达约882 mA W^(-1)的光响应率,远超未取代的黑磷基光电器件(约314 mA W^(-1)).更为重要的是,砷取代的黑磷器件在暴露大气环境(温度~20℃;湿度~33%)48小时后未表现出明显的氧化迹象.本文为开发黑磷基、可长时间运行的光电探测器和光调制器件提供了新途径.
