[00119244]二维半导体光电材料与器件的基础研究

二维半导体及其异质结材料在高效的光电探测器、光开关、气体探测、场效应晶体管及集成电路中具有巨大的应用前景, 并有望成为新一代电子和光电子器件的材料基础。项目从制备新型二维半导体材料出发,构筑了原理型纳米器件,结合第一性原理方法从理论上深入研究了二维器件的新奇物理效应,并积极探索该新型器件的重要应用领域。 研究成果对于二维半导体物性的深入理解及器件应用都具有重要意义, 项目取得的创新性成果有： （ 1）、 提出二维半导体光电器件结构设计的新原理, 国际上首次发现基于 MoS2/WS2异质结的垂直和水平晶体管表现出新奇和优良的光电性质, 如垂直晶体管表现出明显的整流特性和双极性行为,水平晶体管则大幅提高场效应开关比、电子迁移率和光敏度;首次系统研究了基于 WS2 场效应管的光敏和气敏的探测性能,并提出提高光响应度的实验方案和内在机制。 （ 2）、 深入研究了二维材料的微观物理机制, 首次发现晶格失配使二维半导体异质结形成莫尔图样,并导致波函数的局域化;发现气体分子和二维 MoS2 间存在电荷转移现象,发现掺杂 MoS2 具有丰富的电磁学性质,通过掺杂可由半导体转变为磁性金属甚至半金属,拓展了 MoS2 材料在磁学领域的应用范围;发现二维黑磷材料的载流子有效质量沿不同的方向呈现强烈的各向异性。 （ 3）、 揭示了纳米级的应力工程可以调控二维材料的物理性质, 发现应力工程可以应用于应力传感器、可拉伸电极、柔性场效应晶体管等重要领域; 国际上首次发现局部应力可以调控二维 ReSe2 的光学、电学和振动性质,并且诱导磁性产生;系统地研究了二维 ReSe2 的带隙及迁移率性质,发现随着层数的变化,器件性能也随之改变。 项目成果被欧美等国家和地区的知名学者（包括诺贝尔奖获得者、美国/欧洲科学院院士、英国皇家学会院士、美国物理学会会士等）作为领域重要进展写入专著或论文, 十篇代表性论文 SCI 他引 993 次,其中 6 篇入选 ESI 高被引论文榜。项目围绕新型二维半导体的设计、制备与应用,从理论上预言了二维半导体及其异质结器件的新奇量子效应,从实验上系统研究了二维材料及光电器件的特性,这些理论和实验工作对半导体学科和半导体技术的发展起到重要的促进作用。项目组是国际上最早开展二维半导体材料与器件的研究小组之一,获得国际学术界的广泛关注,并且在很大程度上引领了相关领域的研究热点。