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掺杂二维半导体量子阱
摘要： 我们提出了一项关于n型掺杂二维（2D）及准二维半导体光吸收的理论研究，该研究考虑了光生激子通过以下机制与费米海（FS）电子的相互作用：(i)泡利阻塞、(ii)库仑屏蔽、(iii)费米海电子-空穴对激发——本文限定为单对激发。因此所研究的系统由一个激子加上零个或一个费米海电子-空穴对构成。在低掺杂情况下，体系基态主要由"三子-空穴"（即与费米海空穴弱结合的双反旋电子加价带空穴构成的三子，含少量激子成分）组成。由于三子与光子的耦合较弱，最低吸收峰强度较低；随着掺杂浓度增加，因双粒子与四粒子态间耦合增强导致激子成分增多，该峰强度随之上升。当掺杂进一步增加时，费米海电子的泡利阻塞作用使三子-空穴复合体的束缚减弱且能量升高，此时下峰主要源自被费米海电子-空穴对修饰的激子（即激子极化子）。因此n型掺杂半导体量子阱的吸收光谱呈现两个显著峰，其最低峰本质随掺杂增加从三子-空穴转变为激子极化子。我们的研究还明确了实验观测到的三子-空穴峰与激子极化子峰之间能隙随掺杂增加而增大的物理机制——该现象甚至在反交叉效应出现前就已发生。
关键词： 费米海、三子-空穴复合体、激子极化子、光吸收、泡利阻塞、n型掺杂半导体、库仑屏蔽
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于十二硼烷设计的阴离子静电屏蔽掺杂剂可提高掺杂共轭聚合物的载流子迁移率
摘要： 调节共轭聚合物电子特性最有效的方法之一是使用小分子氧化剂进行掺杂，在聚合物上产生空穴和分子阴离子。但大多数掺杂剂的阴离子会产生强静电作用，使聚合物上的空穴局域化，从而降低其迁移率。本研究采用一种新策略：利用取代硼团簇作为共轭聚合物的分子掺杂剂。通过设计具有高氧化还原电位且对核内电子密度实施空间位阻保护的团簇，获得了高度离域的极化子，其迁移率与未引入阴离子掺杂的薄膜相当。交流霍尔效应测量表明，尽管硼团簇掺杂薄膜的结晶性较差，但其导电率和极化子迁移率仍比F4TCNQ掺杂薄膜高出约一个数量级。此外，自由载流子数量与硼团簇数量基本匹配，实现了≈100%的掺杂效率。这些结果表明：保护极化子免受阴离子影响是获得高载流子迁移率的关键因素，而像F4TCNQ这类掺杂剂所需的高聚合物结晶性，主要是为了使抗衡离子远离聚合物主链。
关键词： 迁移率、分子掺杂剂、库仑屏蔽、半导体聚合物、十二硼烷
更新于2025-09-23 22:23:30
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基于强耦合单层WS?与光子晶体的混合器件超快响应：光诱导库仑屏蔽效应
摘要： 过渡金属二硫化物（TMDs）与光学腔之间的量子相互作用正迅速成为一个引人注目的研究课题，因为这些相互作用是众多光学现象的基础。在此，我们制备了一种简单器件，其中光子晶体（PhC）薄板与单层二硫化钨（WS2）之间发生了相干强耦合相互作用。我们采用稳态角分辨光谱和瞬态吸收显微镜（TAM）来探究该器件的耦合行为。具体而言，在混合器件中观察到了反交叉色散，表明存在40.2 meV的拉比分裂。在这种极化激元器件的近共振激发瞬态吸收（TA）光谱中，出现了一个新形成的光谱特征，随后被证实是上混合激子-极化激元态的特征。此外，通过仔细分析裸WS2和WS2-PhC极化激元器件在非共振和近共振激发下的超快响应，发现非平衡热衰减会在单层WS2中引起库仑屏蔽，这对激子-极化激元的形成有重大影响。本研究成果不仅能增进对强光-物质耦合区域光物理学的当前理解，还能为定制基于TMD的相干器件的发展奠定基础。
关键词： 强耦合、过渡金属二硫化物、光子晶体、拉比分裂、瞬态吸收显微镜、库仑屏蔽
更新于2025-09-16 10:30:52
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二维层状MoTe?中的库仑散射机制转变：高κ钝化与肖特基势垒高度的影响
摘要： 清洁界面与低接触电阻是二维（2D）材料保持本征载流子迁移率的关键要求。然而原子级薄的二维材料易受表面/界面吸附物、金属-半导体肖特基势垒（SB）及栅极氧化物中离子电荷等非预期库仑散射体影响，这常限制对二维电子系统中电荷散射机制的理解。本研究展示了二氧化铪（HfO?）高κ钝化层与肖特基势垒高度对多层二碲化钼（MoTe?）晶体管低频（LF）噪声特性的影响。经钝化的HfO?层显著抑制表面反应并增强介电屏蔽效应，实现电子n型掺杂过剩、零迟滞现象及载流子迁移率的显著提升。高κ HfO?钝化后获得的低频噪声数据清晰呈现库仑散射机制从肖特基接触向沟道的转变，揭示了肖特基势垒噪声对1/f噪声的重要贡献。亚阈值区显著的过剩低频噪声主要源于金属-二碲化钼肖特基势垒的过剩噪声，且在高漏偏压区完全消除。该研究为二维电子系统中电子信号扰动源提供了明确认知。
关键词： 库仑屏蔽、低频噪声、肖特基势垒高度、二碲化钼、高κ钝化
更新于2025-09-10 09:29:36
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探测多层二硫化铼中的独特电子传导特性
摘要： 多层范德华(vdW)材料中载流子输运过程（该类材料由多个导电层构成）可通过托马斯-费米电荷屏蔽效应(λTF)和层间电阻(Rint)得到良好描述。当这两种效应同时影响载流子输运时，通道质心会沿c轴方向受垂直静电力作用发生迁移，导致多层层状体系中导电质心的重新分布——这与传统块体材料存在本质差异。迄今虽已发现vdW材料诸多独特性质，但二维层状材料特殊电荷输运行为的直接证据尚未得到证实。本研究报道了多层二硫化铼(ReS2)中独特的电子传导特征：该材料相邻层间具有解耦的vdW相互作用，且其层间电阻率远高于其他过渡金属硫族化合物材料。其跨导曲线中两个平台的出现清晰揭示了导电路径相对于上下表面的位置迁移，通过引入λTF与Rint耦合效应的理论电阻网络模型可对此进行合理解释。低频噪声谱探测到的有效隧穿距离进一步证实了电子传导通道沿ReS2厚度方向的偏移现象。
关键词： 库仑屏蔽、电荷传导机制、多层结构、输运、各向异性、二硫化铼
更新于2025-09-04 15:30:14