第一作者：程綺琳、逄金波、孫德輝
通訊作者：逄金波、劉宏、周偉家
通訊單位：濟(jì)南大學(xué)、山東大學(xué)
核心內(nèi)容：
1. 詳細(xì)介紹了大面積全膜和單晶二硒化鎢的材料制備及光電器件的應(yīng)用探究最新研究進(jìn)展。介紹了二硒化鎢結(jié)構(gòu)、類型、形貌以及合成路線，然后，討論了電學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)等性質(zhì)。
2. 重點(diǎn)論述了半導(dǎo)體在電子器件方面的應(yīng)用，包含場(chǎng)效應(yīng)晶體管，氣體傳感器，光電探測(cè)器，壓力傳感器，壓電傳感器，CMOS器件，數(shù)字邏輯器件，反向器，發(fā)光二極管應(yīng)用等。
3. 探討了物理化學(xué)(包括熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué))、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和其他跨領(lǐng)域?qū)W科的結(jié)合等在優(yōu)化成功合成大面積可控生長(zhǎng)的WSe2方面的貢獻(xiàn)，并在器件應(yīng)用方面取得豐碩成果，并對(duì)后續(xù)二維材料及異質(zhì)結(jié)的總體思路和方向進(jìn)行了展望。
WSe2半導(dǎo)體
二維過渡金屬硫?qū)倩衔铮═MDCs）在光電子器件和能源器件等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其是以二硫化鉬、二硒化鉬、二硫化鎢和二硒化鎢等為代表的一類半導(dǎo)體材料，表現(xiàn)出優(yōu)良的光電性能，其自身還兼具獨(dú)特的柔性，可以用制備下一代柔性的可穿戴設(shè)備。自2004年Geim小組首次報(bào)道了單原子層石墨烯以來，有關(guān)二維材料的研究迅速席卷了整個(gè)化學(xué)、材料和物理等研究領(lǐng)域。二硒化鎢（WSe2）屬于過渡金屬二硒化物，與石墨烯相似，WSe2具有層狀結(jié)構(gòu)的特征，兩個(gè)相鄰層之間通過范德華相互作用力結(jié)合，這個(gè)作用力比較弱，可以通過膠帶撕扯的方法克服，從而獲得減薄的二硒化鎢，這就是所謂的機(jī)械剝離法。有以下幾種獲得高質(zhì)量WSe2的方法，例如機(jī)械剝離法、水熱法和氣相沉積法。
WSe2體材料是一種具有間接帶隙（1.25 eV）的半導(dǎo)體，單層二硒化鎢的直接帶隙寬度在1.65 eV 左右，不僅達(dá)到了大部分電子和光電器件的材料要求，而且單層二硒化鎢還是少見的同時(shí)具有n-型和p-型半導(dǎo)體特性的TMDCs半導(dǎo)體材料。WSe2還有其他形貌，例如納米管，納米棒和納米線。目前，p型WSe2半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件研究熱點(diǎn)，涵蓋了場(chǎng)效應(yīng)晶體管、光電探測(cè)器、氣體傳感器、壓電傳感器和光伏太陽能電池。由于其獨(dú)特的電子、光學(xué)和能帶性質(zhì)，WSe2由于與鈀材料接觸時(shí)表現(xiàn)出p型電荷載流子的導(dǎo)電性，而得到了越來越多的研究關(guān)注。
綜述簡(jiǎn)介
濟(jì)南大學(xué)逄金波、劉宏課題組文章簡(jiǎn)介了其作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管、氣體傳感器、光電探測(cè)器、壓力傳感器、壓電傳感器、CMOS器件，邏輯反相器、整流器、LED應(yīng)用的基礎(chǔ)元件的角色。各種二維WSe2及類似的二維材料的光電探測(cè)器性能，列到了一張表格上。物理化學(xué)(包括熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué))、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和其他跨領(lǐng)域?qū)W科的結(jié)合有助于優(yōu)化成功合成大面積可控生長(zhǎng)的WSe2，并在器件應(yīng)用方面取得豐碩成果。未來，WSe2基的設(shè)備可以集成到可穿戴電子設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)中。
圖1. WSe2的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用。介紹了基本設(shè)備，包括光電探測(cè)器、氣體傳感器和場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
要點(diǎn)1：WSe2的基本原理
圖2. 過渡金屬硫?qū)倩衔颳Se2的晶體結(jié)構(gòu)，MX2. M 是過渡金屬，X 是氧族元素原子。
圖3. WSe2的電子結(jié)構(gòu)。
要點(diǎn)2：基于WSe2的電子器件
圖4. WSe2器件制備示意圖。
要點(diǎn)3：WSe2的合成
圖5. WSe2的CVD法合成。
圖6. 金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積法WSe2的合成。
要點(diǎn)4：WSe2材料的器件性能
圖7. 以VO2為漏極介電質(zhì)的WSe2溝道的晶體管性能。
小結(jié)與展望
本文對(duì)WSe2材料的基礎(chǔ)性質(zhì)及電子器件上的應(yīng)用進(jìn)行調(diào)研。相信會(huì)對(duì)尋求二硒化鎢薄膜材料在電子與光電子器件、傳感、邏輯器件及壓電壓光等信息領(lǐng)域的老師和學(xué)生，具有重要的啟發(fā)意義。
在這項(xiàng)工作中，對(duì)二維WSe2的研究提出了一個(gè)廣泛而全面的調(diào)研。首先，作者介紹了WSe2的基本原理，包括它的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、帶隙、電子性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)。更重要的是，討論了單層的基于WSe2的電子器件，如傳感器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管和光電探測(cè)器。最終，復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)被用于做概念驗(yàn)證，如壓電電子學(xué)、壓電光電學(xué)、存儲(chǔ)器、邏輯逆變器和發(fā)光二極管。
目前，仍有機(jī)會(huì)在四個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行研究。首先，應(yīng)該不斷優(yōu)化WSe2的合成策略。第二，利用摻雜策略或缺陷工程可以豐富電荷輸運(yùn)行為的調(diào)控。第三，應(yīng)該考慮高質(zhì)量WSe2材料的器件陣列和系統(tǒng)集成。最后，WSe2的基本性質(zhì)，如激子、旋轉(zhuǎn)運(yùn)輸、能谷電子輸運(yùn)隨著先進(jìn)表征技術(shù)的發(fā)展，已成為研究熱點(diǎn)。這些表征技術(shù)包括掃描隧道顯微鏡、測(cè)試電流的原子力顯微鏡、飛秒時(shí)間分辨-泵浦-探測(cè)光譜學(xué)、電學(xué)探針臺(tái)與強(qiáng)磁場(chǎng)(霍爾測(cè)量)、磁譜以及施加偏壓的原位透射電鏡。利用電學(xué)控制或應(yīng)變工程對(duì)帶電激子進(jìn)行控制。
總的來說，WSe2的研究仍有很多機(jī)會(huì)，因此希望來自物理、化學(xué)和工程領(lǐng)域的研究團(tuán)體繼續(xù)為理解這種重要的材料做出貢獻(xiàn)。物理化學(xué)(包括熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué))、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和其他交叉學(xué)科的協(xié)同作用可能會(huì)成功合成大面積可控生長(zhǎng)的二硒化鎢，并在器件應(yīng)用方面取得豐碩成果。
參考文獻(xiàn)
Cheng Q, et al. WSe2 2D p-typesemiconductor-based electronic devices for information technology: design,preparation, and applications. InfoMat, 2020
DOI: 10.1002/inf2.12093
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/inf2.12093
作者簡(jiǎn)介
第一作者程綺琳，濟(jì)南大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院，碩士研究生。研究方向?yàn)槎S材料WSe2的大面積精確合成及其在電子、光電子上的應(yīng)用探索。
第一作者逄金波，濟(jì)南大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院，副研究員，碩士生導(dǎo)師。主要從事石墨烯及過渡金屬化合物等二維材料的可控合成及其在信息領(lǐng)域的應(yīng)用探索。以項(xiàng)目負(fù)責(zé)人承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金等多項(xiàng)課題。在包括 Adv. Energy Mater., ACS Nano， Chem. Soc.Rev.等學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表 SCI 文章30 余篇，被引 1000余 次，H 因子 17。
第一作者孫德輝，濟(jì)南大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院，副研究員，碩士生導(dǎo)師。主要從事人工晶體合成及其在量子信息領(lǐng)域的應(yīng)用研究。以項(xiàng)目負(fù)責(zé)人承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省自然科學(xué)基金等多項(xiàng)課題。發(fā)表 SCI 文章 近20 篇。
通訊作者劉宏，教授，博士生導(dǎo)師，2009 年獲得國(guó)家杰出青年科學(xué)基金。主要研究方向?yàn)榧{米能源材料、組織工程與干細(xì)胞分化、人工晶體材料等。近十年來承擔(dān)了包括 863、973、自然基金重大項(xiàng)目在內(nèi)的十余項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目，取得了重要進(jìn)展。2004 年至今，在包括 Adv. Mater., Nano Letters，ACS Nano，J. Am. Chem. Soc, Adv. Fun. Mater，Envir. Eng. Sci. 等學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表 SCI 文章 600 余篇，通訊作者 200余 篇。其中，影響因子大于 10 的 30 余篇，個(gè)人文章總被引次數(shù)超過 17000 次，H 因子為 62，17 篇文章被 Web of Science 的 ESI（Essential Science Indicators）選為 “過去十年高被引用論文”（Highly Cited Papers (last 10 years))，文章入選2013 年中國(guó)百篇最具影響國(guó)際學(xué)術(shù)論文，2015 年度進(jìn)入英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)期刊 前百分之一高被引中國(guó)作者榜單。應(yīng)邀在化學(xué)頂尖期刊 Chemical Society Review 和材料頂尖期刊 AdvancedMaterials 和 Advanced Energy Materials 上發(fā)表綜述性學(xué)術(shù)論文，在國(guó)際上產(chǎn)生重要影響。授權(quán)專利 30 余項(xiàng)，研究成果已經(jīng)在相關(guān)產(chǎn)業(yè)得到應(yīng)用。
通訊作者周偉家，濟(jì)南大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院教授，博士生導(dǎo)師。入選 “省自然科學(xué)杰出青年基金”和“泰山學(xué)者青年專家計(jì)劃”。主要從事納米材料與技術(shù)在電催化、氫能源和微納器件等領(lǐng)域的研究，以第一或通訊作者在 Energy Environ. Sci.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy 等期刊發(fā)表 SCI 收錄論文 50 余篇，被他引 3938 次（Webof Sci.），H 因子 36，影響因子大于 10 的論文 20 篇，單篇被引用超過100 次論文 10 篇，ESI 高被引用論文 15 篇，“全球高被引科學(xué)家”（交叉學(xué)科）（2018 年），中國(guó)百篇最具影響力國(guó)際學(xué)術(shù)論文 1 篇；授權(quán)發(fā)明專利 5 項(xiàng)。
期刊介紹
InfoMat是Wiley 首次和中國(guó)雙一流高校電子科技大學(xué)合作，共同出版的開放獲取式期刊。InfoMat的主編為李言榮教授，該期刊的定位旨在達(dá)到國(guó)際最有影響力的期刊行列。InfoMat是一本國(guó)際性的高質(zhì)量期刊，涉獵范圍廣泛，屬于材料科學(xué)，電子電氣和電信類別。但主要研究領(lǐng)域是信息材料，關(guān)注于具有獨(dú)特電學(xué)，光學(xué)和磁學(xué)特性的新材料，以及其在信息技術(shù)發(fā)展中的應(yīng)用。期刊2020年1月在線發(fā)表的文章涵蓋了二維材料（12篇）、鈣鈦礦（7篇）、能源（電池5篇、儲(chǔ)能1篇、電容器2篇、供能系統(tǒng)1篇）、柔性傳感器（8篇）、碳納米材料（2篇）、納米發(fā)電機(jī)（1篇）及其他（8篇）等領(lǐng)域。InfoMat旨在發(fā)布實(shí)驗(yàn)和理論方法，處理有可能應(yīng)用于當(dāng)代或即將到來的信息技術(shù)的新材料問題，為在各科學(xué)領(lǐng)域工作的研究人員提供高質(zhì)量的學(xué)術(shù)平臺(tái)。
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碩士研究生招生與調(diào)劑信息
濟(jì)南大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院（iAIR）介紹：濟(jì)南大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院（iAIR）于2017年成立，是濟(jì)南大學(xué)直屬科研平臺(tái)機(jī)構(gòu)。目前研究院擁有國(guó)家杰出青年基金獲得者1名，泰山學(xué)者青年專家3名，山東省優(yōu)秀青年基金獲得者4名；擁有省部級(jí)中心1個(gè)：山東省高等學(xué)校對(duì)接產(chǎn)業(yè)類協(xié)同創(chuàng)新中心（生物診療技術(shù)與裝備協(xié)同創(chuàng)新中心）。研究院自建立以來，在國(guó)家級(jí)以及省級(jí)重大項(xiàng)目、高水平研究論文方面均有較大突破，2019年獲批的國(guó)家自然科學(xué)基金立項(xiàng)數(shù)目與經(jīng)費(fèi)資助總額均居全校第二位、人均第一位。研究院科研實(shí)力雄厚，是覆蓋物理、化學(xué)、生物、材料等多學(xué)科領(lǐng)域的交叉研究團(tuán)隊(duì)，擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和測(cè)試平臺(tái)（價(jià)值3000萬元）。
研究生培養(yǎng)方面，2020年擬招生24人，其中物理2人，化學(xué)10人，材料與化工8人，生物與醫(yī)藥4人。目前我院有博士生導(dǎo)師5名，碩士生導(dǎo)師17名，其中碩士研究生各學(xué)科專業(yè)導(dǎo)師名單（按漢語拼音順序排列）如下：
0702物理學(xué)：劉宏、孫德輝
0703化學(xué)：丁龍華、葛慎光、劉宏、劉海云、逄金波、任娜、孫春輝、王金剛、徐彩霞、薛國(guó)斌、于欣、張玉海、趙莉莉、周偉家
0856材料與化工（專業(yè)學(xué)位）：丁龍華、杜加磊、葛慎光、劉宏、孫德輝、薛國(guó)斌、張叢叢、趙莉莉、周偉家
0860生物與醫(yī)藥（專業(yè)學(xué)位）：劉宏、劉海云、逄金波、任娜、孫春輝、王金剛
有意向的考生還請(qǐng)持續(xù)關(guān)注我院校研究生招生考試工作調(diào)劑信息動(dòng)態(tài)，相關(guān)網(wǎng)站鏈接如下：
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