a, Diagrama esquemático de la heteroestructura BP-WSe2. Bajo la excitación de la luz, los pares de electrones y huecos en WSe2 se pueden transmitir de manera eficiente a BP, mejorando así su fotoluminiscencia MIR. B, Diagrama esquemático del diodo de heterounión BP-MoS2. Bajo una tensión de polarización positiva entre BP y MoS2, los electrones en la banda de conducción de MoS2 pueden superar la barrera, entrar en la banda de conducción de BP, y recombinarse con abundantes huecos en BP. De ese modo se logra la electroluminiscencia Crédito:Xinrong Zong, Huamin Hu, Gang Ouyang, Jingwei Wang, Corre Shi, Le Zhang, Qingsheng Zeng, Chao Zhu, Shouheng Chen, Chun Cheng, Bing Wang, Han Zhang, Zheng Liu, Wei Huang, Taihong Wang, Lin Wang y Xiaolong Chen
Los investigadores han realizado dispositivos emisores de luz de infrarrojo medio (MIR) impulsados óptica y eléctricamente en una heteroestructura de van der Waals (vdW) simple pero novedosa construida a partir de fósforo negro de película delgada (BP) y dicalcogenuros de metales de transición (TMDC). Este trabajo sugiere que la heteroestructura de vdW es una plataforma prometedora para la investigación y las aplicaciones del infrarrojo medio.
Los espectros MIR se han utilizado ampliamente para imágenes térmicas, caracterizaciones de moléculas, y comunicaciones. Entre las tecnologías MIR, Los diodos emisores de luz (LED) MIR muestran las ventajas de un ancho de línea estrecho, bajo consumo de energía, y portabilidad. Desde el descubrimiento de BP de película delgada en 2014, ha recibido mucha atención debido a sus propiedades únicas, como la anisotropía en el plano, alta movilidad del portador, y banda prohibida sintonizable, etc., haciendo de BP un material prometedor para aplicaciones en electrónica y optoelectrónica.
BP tiene un intervalo de banda dependiente del espesor (0,3-2 eV), y el tamaño de la banda prohibida se puede ajustar aún más mediante la introducción de un campo eléctrico externo o un dopaje químico. Por estas razones, BP de película fina se ha considerado un material MIR estrella. La investigación anterior se centró principalmente en las propiedades de luminiscencia de las escamas de BP monocapa y pocas capas (con número de capa <5 capas). Sin embargo, los últimos informes indican que BP de película delgada (> 7 capas) muestra notables propiedades de fotoluminiscencia en la región MIR.
En un informe para la revista Luz:ciencia y aplicaciones , Los investigadores propusieron una nueva heteroestructura de vdW para aplicaciones de emisión de luz MIR, construido a partir de BP y TMDC (como WSe 2 y MoS 2 ). Según el cálculo de DFT, el BP-WSe 2 la heteroestructura forma una alineación de banda de tipo I. Por eso, los pares de electrones y huecos en la monocapa WSe 2 puede ser transportado de manera eficiente en el BP de banda estrecha, mejorando así la fotoluminiscencia MIR de BP de película delgada. Se logró un factor de mejora de ~ 200% en el BP-WSe de 5 nm de espesor 2 heteroestructura.
Por otra parte, el BP-MoS 2 la heteroestructura forma una alineación de banda de tipo II. Se forma una unión PN natural en la interfaz entre BP tipo p y MoS tipo n 2 . Cuando se aplica una polarización de voltaje positiva entre BP y MoS 2 (Vds> 0), electrones en la banda de conducción de MoS 2 puede cruzar la barrera y entrar en la banda de conducción de BP. Al mismo tiempo, la mayoría de los agujeros están bloqueados en la interfaz dentro de BP debido a la gran barrera de Schottky de la banda de valencia. Como resultado, se logra una electroluminiscencia MIR eficiente en el BP-MoS 2 heteroestructura.
Las heteroestructuras BP-TMDC vdW tienen muchas ventajas, como un proceso de fabricación simple, alta eficiencia, y buena compatibilidad con la tecnología de silicio. Por eso, esta tecnología proporciona una plataforma prometedora para investigar sistemas optoelectrónicos híbridos de silicio-2-D.
