Aproximándose al límite intrínseco de la física del excitón en diodos semiconductores bidimensionales

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física de la materia condensada
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Los semiconductores bidimensionales (2D) exhiben propiedades fotofísicas únicas debido a su dimensionalidad reducida.
• Existe una brecha entre la fotofísica fundamental de semiconductores 2D y el rendimiento práctico del dispositivo, a menudo limitado por el trastorno interfacial.
• La recombinación inducida por contacto dificulta la realización de la fotofísica intrínseca en los dispositivos de semiconductores 2D.

Objetivo del estudio:

• Para suprimir la recombinación inducida por contacto y lograr el rendimiento del dispositivo dictado por la fotofísica intrínseca en diodos semiconductores 2D.
• Investigar el papel de la dinámica del excitón y las interacciones de carga en dispositivos semiconductores 2D.
• Explorar el potencial para crear dispositivos optoelectrónicos más eficientes basados en las propiedades intrínsecas de los semiconductores 2D.

Principales métodos:

• Fabricación de diodos semiconductores 2D utilizando contactos de van der Waals con un mínimo de desorden en la interfaz.
• Se utilizó una geometría de puerta dividida para la modulación independiente de electrones y dopaje de agujeros en diodos de deselenuro de tungsteno (WSe2).
• Se empleó fotoluminiscencia con resolución de tiempo y microscopía de fotocorriente de barrido para estudiar las propiedades fotofísicas y el rendimiento del dispositivo.

Principales resultados:

• Logró un rendimiento casi intrínseco dictado por la fotofísica al suprimir la recombinación Shockley-Read-Hall.
• Se observó un pico inusual en la fotocorriente de cortocircuito a bajas densidades de carga.
• Se demostró una disminución significativa en la vida útil del excitón con el aumento del dopaje debido a la recombinación de la carga de excitón Auger.

Conclusiones:

• Un modelo limitado por excitación y difusión explica con éxito la fotocorriente de cortocircuito dependiente de la densidad de carga.
• Destacó las funciones críticas de la difusión de excitón y la recombinación Auger de carga de excitón de dos cuerpos en dispositivos 2D.
• Demostró el potencial de aprovechar la fotofísica intrínseca de semiconductores 2D para mejorar la eficiencia de los dispositivos optoelectrónicos.