间接带隙半导体 ReS$_2$ 的电致发光
材料科学
2016-10-05 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
近期有研究声称过渡金属二硫化物（TMD）ReS 的块体晶体是直接带隙半导体，这将使该材料在所有 TMD 中成为实现高效光电器件的理想候选者。然而情况尚不清楚，因为不久前在该材料的光致发光光谱中检测到了一个间接跃迁，其能量小于假定的直接带隙。为了解决这一问题，我们利用离子液体门控场效应晶体管（FET）的特性来研究块体 ReS 的能带结构。利用这些器件——其高质量已由 4K 下 1,100 cm/Vs 的创纪录高电子 FET 迁移率所证明——我们能够在材料表面诱导空穴传输，并定量确定材料中存在的最小带隙，而不论其是直接还是间接性质。测得带隙值为 1.41 eV，小于 1.5 eV 的直接光学跃迁，但与间接光学跃迁的能量吻合良好，这独立地证实了块体 ReS 是间接带隙半导体。然而，与更常被研究的半导体性 TMD（如 MoS、WS 等）的块体形式不同，我们还发现在块体晶体上制备的 ReS FET 在双极性注入机制下驱动时确实表现出电致发光，这可能是因为直接带隙与间接带隙之间的差异仅为 100 meV。我们得出结论，ReS 在可能的光电器件应用方面确实值得更深入的研究。
引用
@article{arxiv.1610.00895,
title = {Electroluminescence from indirect band gap semiconductor ReS$_2$},
author = {Ignacio Gutiérrez Lezama and Bojja Aditya Reddy and Nicolas Ubrig and Alberto F. Morpurgo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1610.00895},
year = {2016}
}
备注
To appear in 2D Materials (19 pages, 4 Figures)