具有范德华异质界面的原子级薄 p-n 结

半导体 p-n 结是现代电子学和光电子学的基本构建模块。在传统半导体中，p-n 结在平衡状态下产生自由载流子的耗尽区，以及与未补偿掺杂原子相关的内建电势。跨越结的载流子输运由该区域的空间范围定义的扩散和漂移过程发生。随着原子级薄范德华 (vdW) 材料及其异质结构的出现，我们现在能够在终极量子极限下实现 p-n 结。特别是，由仅一个晶胞厚的 p 型和 n 型半导体组成的 vdW 结，预计表现出与体结完全不同的电荷输运特性。在此，我们报告了使用过渡金属二硫化物 (TMDCs) 的 vdW 组装制造的原子级薄 p-n 异质结的电子和光电子表征。跨越 p-n 界面，我们观察到了栅极可调的二极管状电流整流和光伏响应。我们发现多数载流子的隧穿辅助层间复合是电子和光电子过程可调性的原因。将原子级 p-n 结夹在石墨烯层之间增强了光生载流子的收集。此处展示的原子尺度 vdW p-n 异质结构构成了功能电子和光电子组件的终极量子极限。