由二維材料的多個垂直堆疊組成的范德華 (vdW) 異質結構與其單一成分的對應物相比表現出獨特的光電特性。 相鄰層之間的層間耦合直接影響激子和電荷的轉移，從而控制器件性能。 在此，我們報告了在過渡金屬二硫屬化物/石墨烯 vdW 異質結構中發生的層間能量轉移強烈依賴于層間距離并調節光電流的產生。 包含化學氣相沉積生長層的 MoSe
2/石墨烯和 MoSe
2/六方氮化硼 (h-BN)/石墨烯異質結構顯示出 MoSe
2 的不同程度的光致發光 (PL) 淬滅相對于層數和相鄰層的類型。 拉曼光譜和 PL 光譜的比較表明，h-BN 夾層可以調節從 MoSe
2 到石墨烯的長程激子能量轉移，光電導體器件的光電流測量證實了這一點。 這些結果強調了調制 vdW 異質結構中的層間耦合對光電器件制造和控制的影響。
圖 1. vdW 垂直異質結構的制造。 (a) 在c-藍寶石襯底 PMMA 上外延生長的 MoSe
2 轉移到 SiO
2/Si 晶片上，然后通過隨后的轉移被CVD生長的石墨烯島覆蓋。 最右邊的圖像說明了制備的垂直異質結構 (GM) 的側視圖。 (b) 在石墨烯島的二次轉移之前，主要由CVD生長的 h-BN 層覆蓋的 MoSe
2/SiO
2。最右邊的圖像顯示了所得異質結構(GhM)的側視圖。
圖 2. CVD 生長的石墨烯、MoSe
2和h-BN的結構分析。 (a) Cu箔上的石墨烯。(b) c-藍寶石襯底上的MoSe
2域和 (c) Cu箔上的 h-BN 層的 SEM 圖像。 插圖是代表性域的放大圖像。 比例尺：(a) 100 um；(b) 2 um；(c) 5um。 內嵌比例尺： (a) 10 um；(b) 1um；(c) 1um。(d-f) 對應于石墨烯、MoSe
2 和 h-BN 域的拉曼光譜。 (g) 石墨烯的 C 1s，(h) MoSe
2 的 Mo 3d 和 Se 3d，以及 (i) h-BN 的 B 1s 和 N 1s 的核心級 XPS 光譜。
圖 3. 垂直vdW異質結構。(a) GM垂直vdW異質結構的SEM圖像。每個域區域的邊界用實線突出顯示：藍色，石墨烯；紅色，MoSe
2。插圖顯示了 GM 異質結構的示意圖。 比例尺：2um。 在 (b) 石墨烯 G 峰 (1580 cm
-1) 和 (c) MoSe
2A
1g 峰(242 cm
-1)處獲得的a部分黃色框區域的拉曼強度映射。G和M分別表示石墨烯和 MoSe
2。 (d)在MoSe
2帶邊緣發射 (1.55 eV) 處測量的 PL 強度映射。 (e) SEM圖像顯示hM和GhM垂直vdW異質結構之間的邊界。 石墨烯域邊界由藍色實線突出顯示。 插圖示意圖說明了每個區域的層配置。 比例尺：2um。 在 (f) 石墨烯 G 峰 (1580 cm
-1) 和 (g) MoSe
2A
1g 峰 (242 cm
-1) 處獲得的e部分中黃色框區域的拉曼強度映射。 (h) 在 MoSe
2da帶緣發射 (1.55 eV) 處測量的 PL 強度映射。
圖4。vdW垂直異質結構的層相關光致發光。(a)從GM(左)和GhM(右)樣品的三個不同區域獲得的PL光譜。(b)根據層結構，光致發光峰值強度的直方圖解卷積成自由激子(XA)和負三子(XT)發射。(c)vdW垂直異質結構中激子/三重子發射過程的示意圖，取決于襯底接近度和IET。每個發射的相對強度由箭頭的厚度表示。實心和空心紅點分別表示電子和空穴。
圖 5. GM 和 GhM 光電導體器件的 I-V 特性。 (a) 基于GhM異質結構的光電導體示意圖。 (b)本研究中使用的設備的照片。 白色虛線表示轉移區域的邊界。 比例尺：1毫米。 (c) SEM 圖像顯示了b部分所示的Au電極之間的區域。下圖顯示了 GM 垂直異質結構的放大視圖。 比例尺：10 微米（上）和 2 微米（下）。 (d) 純石墨烯器件在明暗條件下的 I-V 特性。 (e) GM 和 GhM 器件在明暗條件下的 I-V 特性。 (f) GM和GhM的開燈和關燈條件的電流比。 顯示了來自僅石墨烯設備的數據以進行比較。
相關科研成果由韓國仁荷大學Naechul Shin等于2021年發表在ACS Applied Nano Materials（https://doi.org/10.1021/acsanm.1c02599）上。原文：Interlayer Energy Transfer and Photoluminescence Quenching in MoSe2/Graphene van der Waals Heterostructures for Optoelectronic Devices。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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