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Mechanisms and Applications of Steady-State Photoluminescence Spectroscopy in Two-Dimensional Transition-Metal Dichalcogenides
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2020-11-06 , DOI: 10.1021/acsnano.0c08668 Mike Tebyetekerwa 1 , Jian Zhang 1, 2 , Zhen Xu 3 , Thien N. Truong 1 , Zongyou Yin 4 , Yuerui Lu 1 , Seeram Ramakrishna 5 , Daniel Macdonald 1 , Hieu T. Nguyen 1
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2020-11-06 , DOI: 10.1021/acsnano.0c08668 Mike Tebyetekerwa 1 , Jian Zhang 1, 2 , Zhen Xu 3 , Thien N. Truong 1 , Zongyou Yin 4 , Yuerui Lu 1 , Seeram Ramakrishna 5 , Daniel Macdonald 1 , Hieu T. Nguyen 1
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Two-dimensional (2D) transition-metal dichalcogenide (TMD) semiconductors exhibit many important structural and optoelectronic properties, such as strong light–matter interactions, direct bandgaps tunable from visible to near-infrared regions, flexibility and atomic thickness, quantum-confinement effects, valley polarization possibilities, and so on. Therefore, they are regarded as a very promising class of materials for next-generation state-of-the-art nano/micro optoelectronic devices. To explore different applications and device structures based on 2D TMDs, intrinsic material properties, their relationships, and evolutions with fabrication parameters need to be deeply understood, very often through a combination of various characterization techniques. Among them, steady-state photoluminescence (PL) spectroscopy has been extensively employed. This class of techniques is fast, contactless, and nondestructive and can provide very high spatial resolution. Therefore, it can be used to obtain optoelectronic properties from samples of various sizes (from microns to centimeters) during the fabrication process without complex sample preparation. In this article, the mechanism and applications of steady-state PL spectroscopy in 2D TMDs are reviewed. The first part of this review details the physics of PL phenomena in semiconductors and common techniques to acquire and analyze PL spectra. The second part introduces various applications of PL spectroscopy in 2D TMDs. Finally, a broader perspective is discussed to highlight some limitations and untapped opportunities of PL spectroscopy in characterizing 2D TMDs.
中文翻译：
二维过渡金属二硫属化物中稳态光致发光光谱的机理和应用
二维（2D）过渡金属二硫化碳（TMD）半导体具有许多重要的结构和光电特性，例如强的光-物质相互作用，从可见光到近红外区域可调谐的直接带隙，柔性和原子厚度，量子约束效应，波谷极化的可能性等。因此，它们被认为是下一代最先进的纳米/微光电器件的非常有前途的材料。要探索基于2D TMD的不同应用和设备结构，固有材料特性，它们之间的关系以及制造参数的演变，通常需要通过各种表征技术的结合来深入理解。其中，稳态光致发光（PL）光谱已被广泛采用。此类技术快速，无接触且无损，可提供很高的空间分辨率。因此，它可用于在制造过程中从各种大小（从微米到厘米）的样品中获得光电性能，而无需进行复杂的样品制备。本文综述了二维TMD中稳态PL光谱的机理和应用。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。且无损，可以提供很高的空间分辨率。因此，它可以用于在制造过程中从各种尺寸（从微米到厘米）的样品中获得光电性能，而无需进行复杂的样品制备。本文综述了二维PLD中稳态PL光谱的机理和应用。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。且无损，可以提供很高的空间分辨率。因此，它可以用于在制造过程中从各种尺寸（从微米到厘米）的样品中获得光电性能，而无需进行复杂的样品制备。本文综述了二维TMD中稳态PL光谱的机理和应用。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。它可以用于在制造过程中从各种大小（从微米到厘米）的样品中获得光电性能，而无需进行复杂的样品制备。本文综述了二维PLD中稳态PL光谱的机理和应用。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。它可以用于在制造过程中从各种大小（从微米到厘米）的样品中获得光电性能，而无需进行复杂的样品制备。本文综述了二维PLD中稳态PL光谱的机理和应用。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。
更新日期：2020-11-25
中文翻译：
二维过渡金属二硫属化物中稳态光致发光光谱的机理和应用
二维（2D）过渡金属二硫化碳（TMD）半导体具有许多重要的结构和光电特性，例如强的光-物质相互作用，从可见光到近红外区域可调谐的直接带隙，柔性和原子厚度，量子约束效应，波谷极化的可能性等。因此，它们被认为是下一代最先进的纳米/微光电器件的非常有前途的材料。要探索基于2D TMD的不同应用和设备结构，固有材料特性，它们之间的关系以及制造参数的演变，通常需要通过各种表征技术的结合来深入理解。其中，稳态光致发光（PL）光谱已被广泛采用。此类技术快速，无接触且无损，可提供很高的空间分辨率。因此，它可用于在制造过程中从各种大小（从微米到厘米）的样品中获得光电性能，而无需进行复杂的样品制备。本文综述了二维TMD中稳态PL光谱的机理和应用。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。且无损，可以提供很高的空间分辨率。因此，它可以用于在制造过程中从各种尺寸（从微米到厘米）的样品中获得光电性能，而无需进行复杂的样品制备。本文综述了二维PLD中稳态PL光谱的机理和应用。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。且无损，可以提供很高的空间分辨率。因此，它可以用于在制造过程中从各种尺寸（从微米到厘米）的样品中获得光电性能，而无需进行复杂的样品制备。本文综述了二维TMD中稳态PL光谱的机理和应用。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。它可以用于在制造过程中从各种大小（从微米到厘米）的样品中获得光电性能，而无需进行复杂的样品制备。本文综述了二维PLD中稳态PL光谱的机理和应用。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。它可以用于在制造过程中从各种大小（从微米到厘米）的样品中获得光电性能，而无需进行复杂的样品制备。本文综述了二维PLD中稳态PL光谱的机理和应用。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。本文的第一部分详细介绍了半导体中PL现象的物理原理以及用于获取和分析PL光谱的常用技术。第二部分介绍了PL光谱在2D TMD中的各种应用。最后，讨论了一个更广阔的视野，以突出PL光谱学在表征2D TMD方面的一些局限性和未开发的机会。
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