二维半导体材料与器件——从传统二维光电材料到石墨炔

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1、二维半导体材料与器件一一从传统二维光电材料到石墨烘黄彦民袁明鉴李玉良南开大学化学学院南开大学先进能源材料化学教育部重点实验室中国科学院化学研究所有机固体重点实验室北京分子科学国家实验室摘要：近年来，二维半导体材料由于其独特的材料结构和电子输运特性得到了科学界的广泛关注，被应用于光电器件、催化和生物传感器等领域。本文系统概述了传统二维材料以及新兴二维材料石墨烘的发现和发展历程。重点聚焦在二维材料在光探测器领域中的应用，探讨了不同二维材料体系及器件结构对光探测器性能的影响；并详细介绍了新兴二维材料一一石墨

2、烘，及其合成和应用。展望了传统二维材料及石墨块在光电转换器件应用中所面临的机遇和挑战。关键词：二维半导体材料;石墨如光电转换材料与器件;作者简介：袁明鉴E-mail:yuanmj@nankai.edu.cn收稿日期:2017-08-02基金：国家自然科学基金(No.21771114)资助项目Two-DimensionalSemiconductingMaterialsandDevices:fromTraditionalTwo~DimensionalOptoelectronicMaterialstoGra

3、phdiyneHUANGYan—MinYUANMing-JianLIYu—LiangCollegeofChemistry,KeyLabor且toryofAdvancedEnergyMaterialsChemistry(MinistryofEducation)、NankaiUniversity;CASKeyLaboratoryofOrganicSolids,BeijingNationalLaboratoryforMolecularSciences(BNLMS),InstituteofChemistryC

4、hineseAcademyofSciences;Abstract：Two-dimensional(2D)semiconductingmaterialshavebeenwidelyusedinoptoelectronicdevices,catalysis,biosensorsandotherfieldsduetotheiruniquemolecularstrueturcandelectronicproperties,hereinhaveattractedlotsofattention.Inthisrev

5、iew,thedevelopmentoftraditional2Dmaterialsaswellasnovel2Dmaterialgraphdiynehasbeensummarized.Thereviewfocusedontheapplicationoftraditiorml2Dmaterialsinthefieldofphotodetector,investigatedtheinfluenceofdifferentmatcrialsystemsandtheirdevicestrueturesonth

6、eperformanceofthephotodetector.Inaddition，wefurtherdescribedthesynthesisandapplicationofgraphdiyne.Finally,wesummarizedtheopportunitiesandchallengesoftraditional2Dmaterialsandgraphdiyneintheapplicationofenergyconversiondevices.Keyword：two-dimensionalmat

7、erials;graphdiyne;optoelectronicmaterialsanddevices;Received：2017-08-02o引言科学家们一直对低维半导体材料的研究有着浓厚的兴趣，继零维富勒烯和一维单壁碳纳米管被发现后[1-2],乂将研究兴趣转到了二维材料上。80多年前，著名的物理学家Landau等就预测准二维晶体材料因其热力学状态不稳定而不能单独稳定存在；随后Mermin和Wagner又进一步指出，二维材料表面的弯曲褶皱会破坏其有序性，与Landau预测结果相一致固。然而，这些问题

8、并不能阻止科学家们对二维材料可控制备方法的探索。1962年Boehm等宜就己经制备得到了少层的氧化石墨烯，并且此后科学家们不断地报道了类似的发现，但是单层石墨烯能否稳定存在一直都没有定论。直到2004年，英国的两位科学家Geiin和Novoselov开创了二维材料可控制备的先河固，他们利用胶带反复剥离的方法在绝缘衬底上得到了单层的石墨烯，打破了之前的预言并填补了单原子层二维材料领域屮的空口。石墨烯因具有二维量子限域效应被广泛应用于纳米光电等领域［6-7］