Wetenschap
Fundamentele en fotodetectortoepassing van Van der Waals Schottky-verbindingen
Het knooppunt bestaande uit traditionele metalen en 2D-halfgeleiders is een belangrijk onderdeel van halfgeleiderapparaten.
Idealiter kan de Schottky-barrièrehoogte (SBH) worden verkregen op basis van de relatieve uitlijning van energieniveaus volgens de Schottky-Mott-regel. De Schottky-Mott-regel was echter ongeldig vanwege het Fermi-niveau-pinning-effect (FLP). Het is moeilijk om SBH af te stemmen door de werkfunctie van metalen te veranderen. Het precieze ontwerp en de modulatie van SBH is een uitdaging en de kwestie van FLP moet worden aangepakt.
In deze review hebben de auteurs het fundamentele concept van de vdW Schottky-junctie samengevat, inclusief de banduitlijning op het grensvlak en de SBH-extractiemodellen. Vervolgens werden de oorsprong van FLP en de strategieën om FLP te elimineren geïntroduceerd.
Op het gebied van 2D-oppervlaktecontact werden respectievelijk het inbrengen van een bufferlaag, vdW-contact met 3D-metaal door de droge overdrachtsmethode en het construeren van alle 2D vdW-contacten met behulp van semimetallische 2D-materialen geïntroduceerd om SBH te minimaliseren.
Ondertussen kan 1D-randcontact door etsen of fase-overgang ook Fermi-niveau-depinning realiseren. Op basis van 2D vdW Schottky-juncties die het FLP-effect effectief kunnen beperken, werd modulatie van de Schottky-barrière via extern veld, zoals elektrostatische poorten en ferro-elektrische polarisatie en spanning, verder geïntroduceerd.
Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Devices &Instrumentation .
Vervolgens werd de recente ontwikkeling van fotodetectoren op basis van 2D Schottky-overgangen samengevat, die de kenmerken van hoge gevoeligheid, zelfaangedreven werking en snelle respons laten zien. Vergeleken met de conventionele bulk-Schottky-junctie-fotodetector zal het 2D Schottky-junctie-apparaat naar verwachting een lagere donkerstroom bezitten.
Bovendien vertoonden volledig 2D vdW-overgangen die gebruik maakten van semimetallische 2D-materialen een hogere energieconversie-efficiëntie en een efficiënte controle van de Schottky-barrière als gevolg van de geëlimineerde FLP. De afstembaarheid van Schottky-juncties maakte ook de realisatie van een herconfigureerbare fotodiode mogelijk, wat gunstig is voor multifunctionele fotodetectie.
De auteurs hebben de strategieën voor het verbeteren van de fotodetectie op basis van de vdW Schottky-junctie verder samengevat vanuit de aspecten van verbeterde optische absorptie, groter golflengtebereik, verhoogde fotoversterking en ontwerp van anisotroop 2D-metaal.
Schottky-overgangen hebben belangrijke toepassingsaspecten op het gebied van fotodetectie. De slechte rectificerende en ongecontroleerde transportkarakteristieken in 2D Schottky-knooppunten beperken echter de toepassing ervan, wat wordt toegeschreven aan het sterke FLP-effect.
Verschillende soorten 2D-semimetalen bieden overvloedige keuzes voor het ontwerp van vdW Schottky-junctie op basis van de werkfunctie van 2D-metalen volgens de Schottky-Mott-regel. De Fermi-niveaus van 2D-metalen kunnen eenvoudig worden gemoduleerd, waardoor de flexibele afstemming van SBH mogelijk wordt, wat essentieel is voor het realiseren van het volledige potentieel van 2D Schottky-overgangen en het verder verbeteren van de fotodetectieprestaties.
De toekomstige richtingen kunnen zich richten op de fabricage van grootschalige vdW Schottky-junctie, flexibele modulatie van de Schottky-barrièrebreedte en mechanismen van afstembare hete-elektronenfotodetectie.