某某工厂-专业生产加工、定做各种金属工艺品

随着芯片制造工艺的更新换代，以及集成电路的迅速发展，基于硅（Ｓｉ）基的半导体尺寸将减小到１０皿１以下.

短沟道效应将给延续摩尔定律带来巨大挑战。例如，栅极调控作用降低，以及严重的漏电流损耗等问题.

解决这些问题的最有效办法之一就是寻找新型的半导体材料。相比于Ｓｉ基和砷化镓（ＧａＡｓ）基等传统半导体.

二维（ｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎ，２Ｄ）半导体材料拥有吸光度高、迁移率高、韧性强、透明度极高、制作成本低以及可以和ＣＭＯＳ兼容等优点。

所以，２Ｄ半导体材料作为新的平台，有望推动新一代智能化、高密度、可穿戴的集成光电子领域的迅猛发展51漫画。

为延续摩尔定律带来了可能。自从２００４年石墨炼（ｇｒａｐｈｅｎｅ）的发现。

打开了准二维（ｑｕａｓｉ２Ｄ）材料科技领域的大门，由于维度的降低。

导致它内部的电子只能在两个维度上自由地移动，从而，使之成为拥有特殊物理现象的一类材料。

其中，单层石墨烯的狄拉克电子表现为线性分布，使之可以应用在高频器件以及光学调制器中。

但是，石墨烯的一个最致命的缺点就是零带隙，这使得基于石墨烯的晶体管不能被关断。

从而，极大地限制了其在微纳光电器件领域中的应用。具有类似于石墨结构的２Ｄ过渡金属硫化物（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｍｅｔａｌｄｉｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅｓ，ＴＭＤｓ）材料。

也拥有六边形晶体结构的准二维原子层。

它们通过范德华（ｖａｎｄｅｒＷａａｌｓ，ｖｄＷ）作用力结合在一起。

同样可以应用机械剥离的方法得到具有直接带隙的单层ＴＭＤｓ，而且ＴＭＤｓ的带隙是能够随着层数的变化而调节的。

同时具有类似石墨烯的优秀结构特性，有望成为２Ｄ微纳光电器件领域的新的候选材料。

ＴＭＤｓ有着悠久的研究历史。在１９２３年，首次由ＬｉｎｕｓＰａｕｌｉｎｇ确定了ＴＭＤｓ的结构。

到２０世纪６０年代末，已知的ＴＭＤｓ大约有６０个，其中，至少有４０个具有层状结构。

首次报告的超薄二硫化钼（ＭｏＳ２）层状材料可以追溯到１９６３年，由ＲｏｂｅｒｔＦｒｉｎｄｔ用胶带剥离得到的。

１９８６年首次得到了单层Ｍ０Ｓ２的悬浮液51漫画。９０年代，随着碳纳米管和富勒烯的研究发展。

以及ＲｅｓｈｅｆＴｅｎｎｅ等人在无机富勒烯和纳米管领域的不懈努力，发现了ＷＳ２纳米管和嵌套粒子。

紧接着合成了Ｍ〇Ｓ２纳米管和纳米颗粒。从２００４年开始，石墨烯相关研究的快速发展刺激了制备层状材料的技术发展。

为研宄ＴＭＤｓ提供了新的方向，尤其是单层和少层的ＴＭＤｓ。自从２０１０年，单层的ＭｏＳ２被发现具有１．８ｅＶ的直接带隙。

而重新引起了大家的注意。在２０１１年，首次制备出了基于高质量单层ＭｏＳ２的场效应晶体管。

其开关比可以达到ｌｘｌＯ８。但是不足的是迀移率还比较低（大约１０〇Ｃｍ２／Ｖ＿ｓ）。

不过，这并不妨碍单层Ｍ〇Ｓ２成为制作低功耗器件的候选者。２０１３年，Ｇｅｉｍ和Ｇｒｉｇｏｒｉｅｖａ提出了范德华异质结。

（ｖａｎｄｅｒＷａａｌｓｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｖｄＷＨｓ）的概念由于２Ｄ层状ＴＭＤ材料的表面没有悬挂键。

当把不同的层状材料进行人为的垂直堆垛时，层与层之间的结合是依靠弱的ｖｄＷ作用力，因此ｖｄＷＨｓ的形成不会受到晶格匹配的制约。

理论上可以类似于叠积木一样的方式实现任意的种类、顺序、层数、角度等堆垛。

这种把性质各异的２Ｄ层状ＴＭＤ材料结合到一起，实现新颖功能的二维结构平台，已经成为近年来最重要的研究领域之一。

ＴＭＤｓ的体材料拥有间接带隙的能带结构，随着层数的降低，层间相互作用减弱导致其从间接带隙半导体过渡到单层的直接带隙半导体。

其稳态荧光强度大幅提高。这一方面说明了这种层状材料具有强的光与物质相互作用。

另一方面也暗示着二维ＴＭＤｓ有可能在新一代光电器件有着新颖的应用。

例如，光电二极管和光电探测器［１Ｇ］，单光子发射［１Ｕ２］以及自旋和谷电子器件等。

然而，ＴＭＤｓ这种准二维特征也是一把双刃剑，过薄的厚度限制了材料的光吸收率和有效光量子产率。

因此，为了増加光吸收和发射效率，最近报道了很多关于增强光与二维材料相互作用的方法。

例如，将ＴＭＤｓ置于光学微腔，通过形成腔激元来增强光与激子（ｅｘｄｔｏｎ）或带电激子（ｔｒｉｏｎ）＿的偶极耦合。

另一种类似的方法则是通过制备ＴＭＤｓ和金属微纳周期结构（例如金纳米天线或银纳米盘阵列）耦合的杂化体系。

利用局域电磁场增强效应来更为有效地激发ＴＭＤｓ中的激子。这些有趣的物理现象的核心是以ｅｘｃｉｔｏｎｓ和ｔｒｉｏｎｓ形式存在的激发态准粒子的光物理特性。

少层ＴＭＤ材料产生的紧束缚ｅｘｃｉｔｏｎｓ和ｔｒｉｏｎｓ态的激子束缚能比传统体材料大一个数量级。

所以，这些紧束缚粒子态能够在室温下稳定存在。为了更好的了解ＴＭＤｓ，我们首先需要了解其最基本的光物理性质。

由于过渡金属原子不甚相同的配位情况，ＴＭＤｓ以几种不同的结构相存在51漫画。

其中，经常出现的结构相具有三角棱柱（２Ｈ相）和八面体（１Ｔ相）的配位特征。

这些结构相也可以从层状材料的三个原子平面（硫系元素－过渡金属－硫系元素）的不同堆垛顺序判断。

1. ２Ｈ相对应于ＡＢＡ堆垛，硫系原子在不同原子平面中占据同一位置Ａ。

并位于在垂直于层的方向上的顶部。相比之下，１Ｔ相以ＡＢＣ顺序堆垛。

并取决于过渡金属和硫系元素的特定组合，热力学稳定相是２Ｈ或１Ｔ相，但另一个通常是亚稳相。

例如，由ＶＩ族过渡金属（金属＝Ｍｏ或Ｗ；硫系元素＝Ｓ、Ｓｅ或Ｔｅ）形成的独特块状ＴＭＤｓ。

２Ｈ相热力学稳定，ＩＴ相则为亚稳相。－个例外是ＷＴｅ２，其室温下稳定的体相是正交丨Ｔｄ相（｜９１。

首先，我们从ＴＭＤｓ能带结构特征（金属或绝缘体）的角度。

对由ＶＩ族过渡金属Ｍｏ与硫系Ｓ组成的ＴＭＤｓ的能带结构的基本性质进行介绍。

在热力学稳定的２Ｈ相，ＭｏＳ２是半导体，这种特性使得它在基于２Ｄ材料的光电子器件方面引起关注。

由第一性原理计算得到２Ｈ相Ｍ〇Ｓ２的能带结构如图１．２所示１２Ｇ］。

Ｍ〇Ｓ２体材料是间接带隙半导体，随着材料厚度的减小，其带隙逐渐变大。

当材料厚度减小到单层时，能带结构有…个本质的变化，其价带最大值（ＶＢＭ）和导带最小值（ｃｂｍ）分别由ｒ点和ｒ与ｋ点的中间移动到ｋ点。

与此同时其电子结构由间接带隙变为直接带隙，２Ｈ相ＭｏＳ２的体材料和单层材料带隙分别为０．８８ｅＶ和１．７１ｅＶ。

其次，单层２Ｈ相ＴＭＤｓ另外一个重要特征就是自旋－轨道相互作用引起能带的自旋劈裂。

这种效应在价带上尤为明显，自旋－轨道耦合劈裂值从单层２Ｈ相ＭｏＳ２的０．１５ｅＶ到２Ｈ相ＷＳｅ２的０．４６ｅＶ。

这种趋势对于更重的元素（Ｗ原子比Ｍｏ原子更重），自旋－轨道耦合劈裂的效果更强。

虽然，导带的自旋－轨道耦合劈裂值比价带的弱一个数量级，但在Ｗ系ＴＭＤ材料中也是不可以忽略的。

这是因为，由于单层ＴＭＤｓ中存在着时间反演对称性的破缺，Ｋ点和Ｋ＇点的劈裂是相反的。

这种性质被称为自旋－谷耦合，意味着电荷载流子的谷极化会自动转化为它们的自旋极化。

因此，ＴＭＤｓ的这种固有特性可能用于设计自旋／谷电子学器件。

在二维ＴＭＤ材料中，由于介电屏蔽的减小，激子效应变得很强，当受到光激发时。

产生由库仑作用结合电子和空穴而形成的激子。从自旋－谷耦合的角度，ＴＭＤｓ中的激子也叫谷激子。

由于它们产生于布里渊区中两个简并的谷，Ｋ和Ｋ＇谷。价带在Ｋ（Ｋ＇）点的劈裂导

致两个激子态（Ａ激子和Ｂ激子）。

当引入额外的电荷（电子或空穴）到中性激子中时，形成含有几种粒子（带电激子和双激子等）的多体系统。

当多体系统中的紧束缚粒子分解成自由载流子时，需要一定的能量，也就是束缚能。

它反映了紧束缚粒子的结合程度。激子束缚能是电子带隙（Ｅｇ）和光学带隙（Ｅ（ｉｍ）的差。

所示对于带电激子而言，需要更多的能量把额外的电子或空穴绑定到激子上。

这使得激子和带电激子之间的光子能量差称为带电激子束缚能（ＥｂＴ）。

类似的，双激子束缚能（ＥｂＡＡ）是激子和双激子发射之间的光子能量差。

所以，它们的束缚能可以表示为：Ｅ＾＝Ｅａ－ＥＡ；Ｅｇ＝ＥＡ－ＥＴ；Ｅ＾Ａ＝ＥＡ－ＥＡＡ。

束缚能来源于库仑相互作用，在体材料中几乎可以忽略。然而，由于量子限域效应，当材料厚度逐渐减薄时。

束缚能大幅上升。不同于体材料，单层ＴＭＤｓ中电子和空穴形成的激子被强烈地限制在单层平面内。

激子束缚能可以通过测量激子里德伯态得到，如光致荧光激发谱（ＰＬＥ）可以用来确定不同级数的激子的里德伯态的能量位置，从而推算出激子束缚能。