技術(shù)文章
TECHNICAL ARTICLES論文題目:Strong bulk photovoltaic effect in engineered edge-embedded van der Waals structures
發(fā)表期刊:Nature communications. IF:17.69
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-023-39995-0
研究背景
光能到電能的有效轉(zhuǎn)換是綠色能源領(lǐng)域的核心問題。基于p-n結(jié)的內(nèi)建電場或光-熱電效應(yīng)的非本征光伏效應(yīng)已經(jīng)被學(xué)界廣泛地研究了幾十年,相應(yīng)器件的光電轉(zhuǎn)換率已達到理論極限。體致發(fā)光效應(yīng)(本征光電效應(yīng))不依賴于外在電場和熱場梯度,理論上其能量轉(zhuǎn)換效率可以超過PN結(jié)的Shockley-Quiesser極限。
成果介紹
近日,南方科技大學(xué)與南京工業(yè)大學(xué)強強聯(lián)合,通過構(gòu)建具有低對稱度的范德華包覆式納米邊緣結(jié)構(gòu),觀察到了強體致發(fā)光效應(yīng)。該工作與以往的相關(guān)工作相比有兩個明顯的特點。第一,其提出的包覆式納米邊緣結(jié)構(gòu),可以使用不同的范德華材料進行搭建。第二,通過對稱分析發(fā)現(xiàn),通過包覆式納米邊緣結(jié)構(gòu)所獲得的光致電流,在樣品的左邊和右邊有不同極性。這一點與非本征光伏效應(yīng)所產(chǎn)生的電流有顯著的不同。該工作以Strong bulk photovoltaic effect in engineered edge-embedded van der Waals structures為題,于2023年7月在SCI期刊Nature communication上發(fā)表。
值得注意的是,本文中ReS2/ReS2、MoS2/MoS2及WS2/ReS2等全部器件均使用小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3制備。該設(shè)備全自動控制、結(jié)構(gòu)小巧緊湊(70cm x 70cm x 70cm)、無需掩膜版、高直寫速度及高分辨率等特點,為本實驗提供了方便高效的器件加工方案。
小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3
圖文導(dǎo)讀
圖1. 包覆式納米邊緣結(jié)構(gòu)示意圖。(a)ReS2的STEM表征結(jié)果和晶格示意圖(b)在基底上無包覆結(jié)構(gòu)。(c)形成包覆納米邊緣結(jié)構(gòu)。(d)包覆式納米邊緣結(jié)構(gòu)左右兩側(cè)示意圖。
圖2. (a)由ReS2/ReS2所構(gòu)成器件的光學(xué)照片。(b)器件結(jié)構(gòu)示意圖。(c)-(f)包覆式納米邊緣結(jié)構(gòu)的STEM表征結(jié)果。
圖3. 線性偏振相關(guān)光電流測量。(a)通過MicroWirter ML3所制備的ReS2/ReS2器件的光學(xué)照片。(b)-(d)在(a)圖中不同點的測量的偏振相關(guān)光電流結(jié)果。
圖4. 范德華異質(zhì)和同質(zhì)結(jié)構(gòu)器件的表征結(jié)果。(a)利用MicroWirter ML3所制備的由MoS2/MoS2所組成器件的光學(xué)照片,(b)相對應(yīng)的在包覆式納米邊緣左右兩邊所測量的光電流大小,(c)歸一化的體致光伏電流強度,和(d)邊緣部分和非邊緣部分不同方向上的光電流大小的變化。(e)WS2/ReS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)光學(xué)器件的光學(xué)照片和(f)相對應(yīng)的在包覆式納米邊緣左右兩邊所測量的光電流大小。
圖5. 通過MicroWirter ML3所制備的hBN/ReS2和ReS2/hBN異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件。(a)ReS2/hBN結(jié)構(gòu)器件的光學(xué)照片和(b)相對應(yīng)的光電流大小。(c)hBN/ReS2器件的光學(xué)照片和(e)相對應(yīng)的光電流大小測量結(jié)果。
結(jié)論
本文設(shè)計了一種包覆式納米邊緣結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)具有低幾何對稱性和明顯的局部特性。一方面,該結(jié)構(gòu)可沿y方向觀察到可檢測的體致光伏效應(yīng)光電流;另一方面,其滿足觀測強體致光伏效應(yīng)的所有優(yōu)點,包括半導(dǎo)體性質(zhì)、低維度和強對稱性破缺。這些觀察結(jié)果在不同的同質(zhì)和異質(zhì)結(jié)中都是可重復(fù)的。在本研究中,為了測量體致光伏特性,在整個器件制備過程中,小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3的精準套刻功能和虛擬掩膜系統(tǒng),為論文中器件的制備起到了保駕護航的作用。
精準套刻功能:
MicroWriter ML3具有標記物自動識別功能,通過點擊“Bulls-Eye"按鈕,系統(tǒng)自動在顯微鏡圖像中識別光刻標記。標記物被識別后,將自動將其移動到顯微鏡中心位置,方便套刻的實現(xiàn)。MicroWriter ML3的套刻精度可達0.5 μm。
虛擬掩膜功能:
MicroWriter ML3配有虛擬掩膜軟件,可以實時顯微觀測基體表面,并顯示預(yù)直寫圖形位置。通過調(diào)整位置、角度,直到設(shè)計圖形按要求與已有結(jié)構(gòu)重合,保證直寫準確度。
相關(guān)產(chǎn)品:
1、小型臺式無掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3
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