Электронные и оптические свойства планарной гетероструктуры MoS₂/WS₂

Полупроводниковые гетероструктуры широко используются в различных электронных приборах. Двумерные полупроводниковые гетероструктуры являются предметом изучения фундаментальной науки и представляют интерес для различных приложений в наноэлектронике. Известно, что можно создавать как вертикальные, так и планарные гетероструктуры. В вертикальных гетероструктурах монослои уложены друг над другом и связаны друг с другом слабыми связями, называемыми вандерваальсовскими. В планарных гетероструктурах материалы совмещены вдоль слоев и атомы взаимодействуют между собой сильными ковалентными связями. Планарные гетероструктуры, в частности гетероструктура MoS₂/WS₂, обладают более тонкой перестройкой зонной структуры, которая проявляется в наблюдаемых оптических свойствах материала. Благодаря этому материал может использоваться в электронике для создания устройств на основе дихалькогенидов переходных металлов. Более того, планарная гетероструктура имеет различные оптические свойства в зависимости от поляризации света и направления распространения световых волн. Такое поведение позволяет использовать этот материал для создания оптических и связанных с ними устройств, таких как фильтры, оптические волокна и датчики. В настоящей работе мы исследуем электронные и оптические свойства планарной гетероструктуры MoS₂/WS₂ на основе теории функционала плотности. Рассчитана зонная структура планарной гетероструктуры MoS₂/WS₂, вычислены комплексные диэлектрические проницаемости и комплексные показатели преломления монослоев MoS₂, WS₂ и гетероструктуры MoS₂/WS₂.

1. Grigorieva I. V., Geim A. K. (2013). Van der Waals heterostructures. Nature. V. 499. No 7459, pp. 419–425. doi:10.1038/nature12385

2. Xia F., Wang H., Xiao D. et al. (2014). Two-dimensional material nanophotonics. Nature Photonics.V. 8. No 12, pp. 899–907.

3. Li M.-Y., Shi Y., Cheng C.-C. et al. (2015). Epitaxial Growth of a Monolayer WSe₂-MoS₂ Lateral Pn Junction with an Atomically Sharp Interface. Science. 349(6247), pp. 524–528. https://doi.org/10.1126/science.aab4097

4. Формирование наноструктурированных пленок MoS2 , WS2 , MoO2 и гетероструктур на их основе / А. Б. Логинов, Р. Р. Исмагилов, С. Н. Бокова-Сирош и др. //Журнал технической физики. – 2021. – Т. 91. – № 10. – С. 1509-1516. DOI: 10.21883/JTF.2021.10.51364.102-21

5. Xu H, Han X, Dai X et al. (2018). High detectivity and transparent few‐layer MoS2/glassy‐graphene heterostructure photodetectors. Advanced materials. V. 30. No 13, pp. 1706561. https://doi.org/10.1002/adma.201706561

6. Du W., Yu P., Zhu J. et al. (2020). An ultrathin MoSe2 photodetector with near-perfect absorption. Nanotechnology. V. 31. No 22, pp. 225201. DOI:10.1088/1361-6528/ab746f

7. Du W., Li C., Sun J. et al. (2020). Nanolasers: Nanolasers Based on 2D Materials. Laser & photonics reviews. V. 14. No 12, p. 2070066. https://doi.org/10.1002/lpor.202070066

8. Butler S. Z., Hollen S. M., Cao L. et al. (2013). Progress, challenges, and opportunities in two-dimensional materials beyond graphene. ACS nano. V. 7. – No 4, pp. 2898-2926. https://doi.org/10.1021/nn400280c

9. He Y.-M., Clark G., Schaibley J. R. et al. (2015). Single quantum emitters in monolayer semiconductors. Nature nanotechnology. V. 10. No 6, pp. 497–502. https://doi.org/10.1038/nnano.2015.75

10. Turunen M., Brotons-Gisbert M., Dai Y. et al. (2022). Quantum photonics with layered 2D materials. Nature Reviews Physics. V. 4. No 4, pp. 219–236. https://doi.org/10.1038/s42254-021-00408-0

11. Shen P. C. (2017) Large-area CVD growth of two-dimensional transition metal dichalcogenides and monolayer MoS₂ and WS₂ metal-oxide-semiconductor field-effect transistors. Ph.D. dissertation. Massachusetts Institute of Technology.

12. Wang X., Lu Y., Zhang J. et al. (2021). Highly sensitive artificial visual array using transistors based on porphyrins and semiconductors. Small. V. 17. No 2. P. 2005491. https://doi.org/10.1002/smll.202005491

13. Neupane M. R., Ruzmetov D., Burke R. et al. (2018). Challenges and opportunities in integration of 2D materials on 3D substrates: materials and device perspectives. IEEE, p. 1–2 (76th device research conference). https://doi.org/10.1109/DRC.2018.8442141

14. Tang Y., Li H., Mao X. et al. (2019). Bidirectional heterostructures consisting of graphene and lateral MoS 2/WS 2 composites: a first-principles study. RSC advances. V. 9. No 60, pp. 34986–34994.

15. Новгородов, А. А. Электронные и оптические свойства латеральной гетероструктуры MoS2 /WS2 / А. А. Новгородов // Выпускная квалификационная работа. – Якутск, 2023. – С. 33.

16. Rassay Sushant Shashikant Electrical, electronic and optical properties of MoSe2 and WSe2. (2017). New Jersey Institute of Technology, P. 68. Available from: https://digitalcommoms.njit.edu/theses/8. [Accessed XXXX]