由二维材料的多个垂直堆叠组成的范德华 (vdW) 异质结构与其单一成分的对应物相比表现出独特的光电特性。 相邻层之间的层间耦合直接影响激子和电荷的转移，从而控制器件性能。 在此，我们报告了在过渡金属二硫属化物/石墨烯 vdW 异质结构中发生的层间能量转移强烈依赖于层间距离并调节光电流的产生。 包含化学气相沉积生长层的 MoSe₂/石墨烯和 MoSe₂/六方氮化硼 (h-BN)/石墨烯异质结构显示出 MoSe₂ 的不同程度的光致发光 (PL) 淬灭相对于层数和相邻层的类型。 拉曼光谱和 PL 光谱的比较表明，h-BN 夹层可以调节从 MoSe₂ 到石墨烯的长程激子能量转移，光电导体器件的光电流测量证实了这一点。 这些结果强调了调制 vdW 异质结构中的层间耦合对光电器件制造和控制的影响。
 

图 1. vdW 垂直异质结构的制造。 (a) 在c-蓝宝石衬底 PMMA 上外延生长的 MoSe₂ 转移到 SiO₂/Si 晶片上，然后通过随后的转移被CVD生长的石墨烯岛覆盖。 最右边的图像说明了制备的垂直异质结构 (GM) 的侧视图。 (b) 在石墨烯岛的二次转移之前，主要由CVD生长的 h-BN 层覆盖的 MoSe₂/SiO₂。最右边的图像显示了所得异质结构(GhM)的侧视图。
 
 
图 2. CVD 生长的石墨烯、MoSe₂和h-BN的结构分析。 (a) Cu箔上的石墨烯。(b) c-蓝宝石衬底上的MoSe₂域和 (c) Cu箔上的 h-BN 层的 SEM 图像。 插图是代表性域的放大图像。 比例尺：(a) 100 um；(b) 2 um；(c) 5um。 内嵌比例尺： (a) 10 um；(b) 1um；(c) 1um。(d-f) 对应于石墨烯、MoSe₂ 和 h-BN 域的拉曼光谱。 (g) 石墨烯的 C 1s，(h) MoSe₂ 的 Mo 3d 和 Se 3d，以及 (i) h-BN 的 B 1s 和 N 1s 的核心级 XPS 光谱。
 
  
图 3. 垂直vdW异质结构。(a) GM垂直vdW异质结构的SEM图像。每个域区域的边界用实线突出显示：蓝色，石墨烯；红色，MoSe₂。插图显示了 GM 异质结构的示意图。 比例尺：2um。 在 (b) 石墨烯 G 峰 (1580 cm^-1) 和 (c) MoSe₂A_1g 峰(242 cm^-1)处获得的a部分黄色框区域的拉曼强度映射。G和M分别表示石墨烯和 MoSe₂。 (d)在MoSe₂带边缘发射 (1.55 eV) 处测量的 PL 强度映射。  (e) SEM图像显示hM和GhM垂直vdW异质结构之间的边界。 石墨烯域边界由蓝色实线突出显示。 插图示意图说明了每个区域的层配置。 比例尺：2um。 在 (f) 石墨烯 G 峰 (1580 cm^-1) 和 (g) MoSe₂A_1g 峰 (242 cm^-1) 处获得的e部分中黄色框区域的拉曼强度映射。  (h) 在 MoSe₂da带缘发射 (1.55 eV) 处测量的 PL 强度映射。
 
 
图4。vdW垂直异质结构的层相关光致发光。(a)从GM(左)和GhM(右)样品的三个不同区域获得的PL光谱。(b)根据层结构，光致发光峰值强度的直方图解卷积成自由激子(XA)和负三子(XT)发射。(c)vdW垂直异质结构中激子/三重子发射过程的示意图，取决于衬底接近度和IET。每个发射的相对强度由箭头的厚度表示。实心和空心红点分别表示电子和空穴。
 
  
图 5. GM 和 GhM 光电导体器件的 I-V 特性。 (a) 基于GhM异质结构的光电导体示意图。 (b)本研究中使用的设备的照片。 白色虚线表示转移区域的边界。 比例尺：1毫米。  (c) SEM 图像显示了b部分所示的Au电极之间的区域。下图显示了 GM 垂直异质结构的放大视图。 比例尺：10 微米（上）和 2 微米（下）。 (d) 纯石墨烯器件在明暗条件下的 I-V 特性。  (e) GM 和 GhM 器件在明暗条件下的 I-V 特性。 (f)  GM和GhM的开灯和关灯条件的电流比。 显示了来自仅石墨烯设备的数据以进行比较。
 
       相关科研成果由韩国仁荷大学Naechul Shin等于2021年发表在ACS Applied Nano Materials（https://doi.org/10.1021/acsanm.1c02599）上。原文：Interlayer Energy Transfer and Photoluminescence Quenching in MoSe2/Graphene van der Waals Heterostructures for Optoelectronic Devices。

转自《石墨烯研究》公众号