二維層狀半導(dǎo)體材料是層內(nèi)以強(qiáng)的共價(jià)鍵或離子鍵結(jié)合而成，而層與層之間依靠弱的范德華力堆疊在一起的一類新型材料。通常其表面沒有化學(xué)懸鍵，這個(gè)特征使載流子免于表面粗糙度及陷阱態(tài)的影響，從而能夠獲得較高的載流子遷移率。但超薄的特性導(dǎo)致其具有小的吸收截面，二維的尺寸限制和低的靜電屏蔽導(dǎo)致二維材料具有大的激子束縛能，而且強(qiáng)烈的庫倫相互作用也會(huì)通過俄歇過程增加光生電子空穴在缺陷處的復(fù)合。這些弊端都限制了二維材料在光電探測上的應(yīng)用。中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心何軍課題組將范德華外延法應(yīng)用于光電性能優(yōu)異的非層狀硫族半導(dǎo)體材料二維化生長，從六方晶體到立方晶體結(jié)構(gòu)，從單組分到復(fù)雜的三組分體系，分別實(shí)現(xiàn)了Te、Pb1-xSnxSe、PbS等具有不同晶體結(jié)構(gòu)的非層狀材料的二維化及陣列結(jié)構(gòu)(Advanced Materials. 2017, 29, 1703122；Advanced Materials. 2016, 28, 8051-8057；Nano Letters. 2015, 15, 1183-1189)。在此研究基礎(chǔ)上，為了解決二維層狀材料的弊端，并利用非層狀硫族半導(dǎo)體高效的光吸收性能。通過范德華外延實(shí)現(xiàn)了邊緣接觸的層狀非層狀范德華異質(zhì)結(jié)：硫化鉛/二硫化鉬（PbS/MoS2）和硫化鉛/石墨烯（PbS/graphene）異質(zhì)結(jié)（Nano Letters. 2016, 16, 6437-6444; Advanced Materials. 2016, 28, 6497–6503)。窄帶隙的PbS與二維材料形成內(nèi)建電場使光生電子空穴空間分離，有效阻止了二維材料中光生電子空穴的快速復(fù)合。另一方面二維材料的高遷移率極大地提高了光電導(dǎo)增益，實(shí)現(xiàn)了高性能的紅外探測器件的制備。 }I2@%tt?  
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　　在二維半導(dǎo)體材料可控生長及其電子和光電子性質(zhì)的研究基礎(chǔ)上，何軍課題組進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了一種基于二維材料MoS2/PbS范德華異質(zhì)結(jié)的紅外非易失性存儲(chǔ)器。該器件能把紅外光信號高效地轉(zhuǎn)換為電信號，而且能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定存儲(chǔ)。這種器件不僅展現(xiàn)出了極高的紅外光探測性能：光響應(yīng)度超過107安培每瓦，光增益超過1011，探測率超過1015瓊斯，而且具有極其穩(wěn)定的光存儲(chǔ)性能，存儲(chǔ)時(shí)間超過104秒。此外該存儲(chǔ)器可以通過脈沖柵壓擦除，經(jīng)過2000次循環(huán)仍能保持穩(wěn)定。結(jié)合理論模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)光存儲(chǔ)機(jī)制來源于PbS中光生電子注入MoS2，界面勢壘ФR阻止MoS2里面的電子反向注入PbS。光生空穴被局域在PbS價(jià)帶或者缺陷產(chǎn)生光柵作用，誘導(dǎo)電子濃度大約2.4×1024 cm-3，出現(xiàn)光存儲(chǔ)。加脈沖柵壓MoS2電子濃度增加，MoS2中電子通過量子遂穿注入PbS與局域空穴復(fù)合，光存儲(chǔ)被擦除。當(dāng)脈沖柵壓從10增加到100V，柵壓誘導(dǎo)的電子從0.6×1024 增加到2.5×1024 cm−3 ，這個(gè)值跟光柵誘導(dǎo)的電子濃度非常接近。以上實(shí)驗(yàn)觀測與理論模型（隨脈沖柵壓增加MoS2中注入到PbS中的電子濃度增加）相一致。850, 1310 和1550 nm 這三個(gè)波段是光纖損耗比較低的波段，被廣泛應(yīng)用于光纖通訊，該光存儲(chǔ)器能有效將這三個(gè)光纖通訊波段的光信號轉(zhuǎn)換為電信號并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定存儲(chǔ)。這種應(yīng)用于紅外通訊波段的非易失性存儲(chǔ)器目前是首次報(bào)道。這項(xiàng)研究成果為光電子存儲(chǔ)以及其邏輯電路提供了新思路，相關(guān)研究成果日前以Nonvolatile infrared memory in MoS2/PbS van der Waals heterostructures 為題發(fā)表在science advances（Sci. Adv. 2018; 4 : eaap7916）上。 o$Z6zm