Er掺杂WS_2的制备及光电特性研究

作者：曹晟; 张锋; 刘绍祥; 陈思凯; 赵杨; 石轩; 赵洪泉

来源：人工晶体学报, 2023, 52(05): 849-856.

DOI：10.3969/j.issn.1000-985X.2023.05.016

• 化学气相沉积
• 二硫化钨
• 铒掺杂
• 单晶硅
• 荧光特性
• 光电特性

化学气相沉积(CVD)是大尺度二维材料生长的有效方法，但CVD过程不可避免地会产生高密度的空位缺陷，影响材料的光电性能。本文利用碱金属卤盐辅助CVD法直接在p型Si(111)衬底上生长了毫米尺度和原子层厚的WS_2。通过在钨源中掺入饱和ErCl_3粉末，得到Er掺杂WS_2薄膜(WS_2(Er))。结合光学显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、能量色散X射线光谱、光致发光和拉曼光谱等技术对材料进行表征，结果表明，相比纯WS_2,WS_2(Er)薄膜的荧光强度获得数量级增长，且中心波长大幅红移。荧光测试表明，相比SiO_2衬底上的WS_2,在Si衬底上生长的WS_2的荧光特性出现了明显的电荷转移效应。基于SiO_2衬底上的WS_2和WS_2(Er)场效应晶体管器件的光电测试结果表明，WS_2(Er)场效应晶体管的光响应度为4.015 A/W,外量子效率为784%,均是同等条件下纯WS_2器件的2 000倍以上。本工作对稀土掺杂二维材料的研究具有一定的参考意义。

• 单位
  中国科学院大学; 重庆邮电大学; 重庆理工大学; 中国科学院重庆绿色智能技术研究院