Probing and Manipulating Carrier Interlayer Diffusion in van der Waals Multilayer by Constructing Type-I Heterostructure

异质结 范德瓦尔斯力 单层 材料科学 光致发光 扩散 光电子学 电子迁移率 电子 半导体 纳米技术 带隙 化学物理 化学 物理 分子 有机化学 量子力学 热力学
作者
Weihao Zheng,Biyuan Zheng,Ying Jiang,Changlin Yan,Shula Chen,Ying Liu,Xinxia Sun,Chenguang Zhu,Zhaoyang Qi,Tiefeng Yang,Wei Huang,Peng Fan,Feng Jiang,Xiaoxia Wang,Xiujuan Zhuang,Dong Li,Ziwei Li,Wei Xie,Wei Ji,Xiao Wang,Anlian Pan
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:19 (10): 7217-7225 被引量:47
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02824
摘要

van der Waals multilayer heterostructures have drawn increasing attention due to the potential for achieving high-performance photonic and optoelectronic devices. However, the carrier interlayer transportation behavior in multilayer structures, which is essential for determining the device performance, remains unrevealed. Here, we report a general strategy for studying and manipulating the carrier interlayer transportation in van der Waals multilayers by constructing type-I heterostructures, with a desired narrower bandgap monolayer acting as a carrier extraction layer. For heterostructures comprised of multilayer PbI2 and monolayer WS2, we find similar interlayer diffusion coefficients of ∼0.039 and ∼0.032 cm2 s–1 for electrons and holes in the PbI2 multilayer by fitting the time-resolved carrier dynamics based on the diffusion model. Because of the balanced carrier interlayer diffusion and the injection process at the heterointerface, the photoluminescence emission of the bottom WS2 monolayer is greatly enhanced by up to 106-fold at an optimized PbI2 thickness of the heterostructure. Our results provide valuable information on carrier interlayer transportation in van der Waals multilayer structures and pave the way for utilizing carrier behaviors to improve device performances.
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