二维半导体材料异质结的原位生长和光电功能器件

In past decade, much progress has been made on the study of two-dimensional materials. They exhibit many excellent electronic and optic properties, which have great application potential in fields of optoelectronics and new energy. Therefore, theoretical and experimental researches on two-dimensional semiconductors are still urgently needed. Among the related research areas, two-dimensional semiconductor heterostructures based on transition-metal dichalcogenide (MX2, M=Mo,W,Ta,Zr,Sn;X=S,Se,Te) is a branch which combine two or more thin layers together developed very fast recently and received trendous attentions. In this project, we combine both theory and experiment approaches to study some key issues on the in-situ growth of two-dimensional MX2 semiconductor heterostructures. The proposal research includes laege area, high quality in-situ growth of two-dimensional MX2 semiconductor heterostructures, and their applications in functional optoelectronics (such as field-effect transistors, solar cells), theoretical simulation of their physical properties.The aim of this proposal is understanding the growth mechanism and promoting real applications of two-dimensional semiconductor heterostructures in fields of new energy related optoelectronics.

近年来，二维材料有关的研究取得了很大进展，它们表现出的优良性质在光电新能源领域具有可观的应用前景，而相关的实验和理论研究正处于发展的关键时期。基于过渡金属二硫属化合物（MX2,M=Mo,W,Ta,Zr,Sn; X=S,Se,Te）的二维半导体异质结是相关领域的一个迅速发展起来的分支，两种或者多种材料叠层所展示出来的独特性质受到广泛关注。本项目的研究目标瞄准二维MX2半导体异质结材料原位生长的关键问题，结合实验和理论开展工作。研究工作将集中在二维MX2半导体材料异质结的高质量大规模原位生长、光电功能器件（例如场效应晶体管、太阳电池等）的制备、光电等物理性质的理论模拟等方面。希望通过本项目的实施，解决一些二维半导体异质结材料生长机理和在新能源相关新型光电器件等相关领域应用的相关问题，以推动二维材料应用研究的发展。

新型二维材料的独特物理性质使其可以可以广泛应用到各种光电功能器件领域。二维半导体异质结是二维材料领域的一个迅速发展起来的热点，两种或者多种材料叠层所展示出来新性质与新应用受到广泛关注。本项目的研究瞄准二维半导体异质结材料原位生长的关键问题，结合实验和理论开展工作。通过三年的深入研究，围绕二维材料的实验和理论研究中出现一个新兴的亮点-二维材料异质结，重点发展二维原子晶体异质结的大面积、高质量原位生长技术，并应用到高性能的光电功能器件。密切围绕项目主题和研究方案，取得一系列重要研究进展，圆满完成项目的全部目标，为后续研究的开展打下良好基础。本项目取得的主要研究成果包括以下三个方面：（1）系统发展了一系列二维材料异质结（包括SnS2/MoS2垂直双层异质结、一维/二维Bi2S3/MoS2异质结、二维合金异质结等）的大面积、高质量原位生长技术，从实验和理论两个方面进行深入分析，重点关注了二维异质结在光电器件方面的应用；（2）针对二维材料异质结直接生长的国内外研究进展进行了系统总结，应邀撰写相关综述，为该研究方向的发展和前景进行了预测和分析；（3）围绕其他方法制备二维材料的异质结、新型二维材料（包括黑砷、SnS2、GeSe等），以及相关光电功能器件进行了深入研究，为二维材料的探索和应用进行了有效拓展。项目期间共申请专利2项，发表SCI论文32篇，其中包括Nat. Commun.; Adv. Mater.; J. Am. Chem. Soc.; ACS Nano; Adv. Funt. Mater.等国际知名期刊，有7篇论文被选为封面(Cover)或背封面(Back Cover)等进行了重点介绍。相关成果还被MaterialsView China、科学网等科技媒体进行多次报道，受到国内外同行的广泛关注。项目负责人在项目执行期内获得优秀青年科学基金的资助，担任了4个国际国内期刊的编委和客座编辑。依托项目培养博士生4名，其中3人次获得国家奖学金。