Contemporary Challenges in van der Waals 2D Semiconductors

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作者
Balakrishnan Kirubasankar,Ashok Mondal,Seok Joon Yun,Debottam Daw,Yongshan Xu,Lan-Anh Thi Nguyen,Yeonjeong Koo,Kamal Kumar Paul,Heemyoung Hong,Hyeongwoo Lee,Yuting Luo,Kailang Liu,Naoki Higashitarumizu,Daniel Erkensten,Chang Yun Heo,Yu‐Rim Jeon,Taemin Lee,Dae‐Hyun Nam,X Liu,Soo Min Kim
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:20 (4): 3228-3361 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c18189
摘要

van der Waals (vdW) layered semiconductors have emerged as a unique class of quantum materials distinguished from their bulk counterparts by reduced dielectric screening, strong Coulomb interactions, large exciton binding energies, strong spin-orbit coupling, and pronounced thickness-dependent band structures. These fundamental attributes have enabled the exploration of exotic many-body physics and a broad spectrum of device applications, ranging from field-effect transistors and ferroelectric switches to optoelectronics, magnetic semiconductors, neuromorphic computing, and energy harvesting systems. Despite remarkable advances, critical challenges remain in the controlled synthesis of high-quality crystals, formation of low-resistance contacts, integration of stable and scalable gate dielectrics, and reliable device performance at the wafer scale. In this mega-review, we provide a comprehensive overview of contemporary challenges and future opportunities in vdW-layered semiconductors, structured across nine themes: growth and heterostructures of transition metal dichalcogenides, Ohmic contacts, emerging gate dielectrics, high-performance low-power field-effect transistors (FETs), diluted magnetic semiconductors, plasmonics and exciton propagation, hot-carrier solar cells, bioinspired neuromorphic computing, and electrocatalytic/photocatalytic energy conversion. By consolidating fundamental insights and device-level perspectives, this review aims to chart a roadmap for advancing vdW semiconductors from laboratory-scale discoveries to transformative technologies in electronics, optoelectronics, spintronics, and sustainable energy systems.
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