依据《重庆市科学技术奖励办法》以及《关于2023年度重庆市科学技术奖提名工作的通知》相关文件的要求，对2023年度重庆市科学技术奖申报项目进行公示，公示时间2024年1月31日至2024年2月6日。  

　　一、项目名称  

　　二维范德华异质结可控构筑与高效光电转换器件  

　　二、主要完成人  

　　魏大鹏、李春、魏大程、申钧、兰长勇  

　　三、主要完成单位及提名等级  

　　1.中国科学院重庆绿色智能技术研究院  

　　2.电子科技大学  

　　3.复旦大学  

　　提名自然科学奖二等奖  

　　提名单位/专家：两江新区科技创新局  

　　四、项目简介  

　　高性能光电器件是信息领域的关键器件之一，是国家《科技创新2030》和重庆市“33618” 现代制造业集群体系重点支持方向。本项目围绕二维范德华异质结高效光电转换机制这一核心科学问题，在国家自然科学基金面上、优青、重庆市杰青等项目的支持下，开展了二维范德华异质结的光电转换机制、可控构筑与界面调控等研究工作，取得了一系列原创性的研究成果，形成如下重要科学发现：  

　　（1）阐明了二维范德华异质结的宽谱高效光电转换机制。研究了界面态费米钉扎效应对光电转换效率的限制关系，指出了二维界面缺陷态控制是实现高效光电转换的主要路径。提出了基于热电子发射的石墨烯（Gr）/Si异质结宽谱双响应机制、基于层间激子分离的Gr/WS2外延结光门控机制、基于界面势垒调控的Gr/WS2/Si隧穿结光电增强机制。  

　　（2）发展了高品质二维范德华异质结的可控构筑方法。提出了非催化化学气相沉积方法，直接在异质表面上生长了石墨烯、WS2、p-MSB等二维晶体材料，具有原子级洁净界面，避免了传统二维材料转移工艺带来的界面缺陷和污染，构建起超洁净Gr/Si、WS2/Gr、p-MSB/WSe2等范德华异质结。Gr/Si异质结载流子输运的理想因子趋近于1，接近理论极限。  

　　（3）发展了面向硅基兼容的高性能光电转换器件与界面调控方法。提出了界面钝化、微纳结构化、功函数与能带优化等二维范德华界面调控技术，增强了异质结与光的相互作用，降低了界面载流子复合，提升了光电转换效率；建立起与硅基工艺兼容的器件设计与工艺体系，研制了系列二维范德华异质结光电转换器件，响应波段达0.3 m-3mm（Gr/Si）、暗电流噪声低至3.1 fA Hz？1/2（Gr/Si）、光响应度达3.6 106 A/W（p-MSB/WSe2），比探测率达2.27 1014 Jones（WS2/Gr），在红外波段的Gr/Si光探测器性能已达到商用InGaAs器件水平。  

　　本项目的20篇主要论文发表在Nature Communications、Advanced Science、Nanoscale、ACS Applied Materials & Interfaces、NPJ 2D Materials and Applications等高水平期刊上，其中代表性论文他引四百余次，受到了德国科学院H. Fuchs院士、中科院刘忠范院士、杨德仁院士等专家的积极引用评价。项目完成人入选重庆杰青、中科院西部之光学者（结题优秀）、国家优青、巴渝学者等人才计划。发明专利授权23项，转让1项。成果转化金额2160万元，推动了技术应用。项目成果具有原理创新、技术突破、应用导向明确等特点，符合以自主创新能力提升为重点的国家战略需求，对我国光电材料与器件发展有促进作用。  

　　五、主要完成人情况表  

　　魏大鹏：第一完成人，研究员，工作单位：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，完成单位：中国科学院重庆绿色智能技术研究院。本项目负责人，负责制定项目研究计划，明确研究思路和突破点，主要负责项目中的实验设计与分析工作。在对科学发现点1中的石墨烯纳米墙/硅结宽谱双响应机制做出了主要贡献，以及科学发现点2中在石墨烯/硅异质结的超洁净制备方面做出了主要创造性贡献，在科学发现点3中在二维范德华结体系的界面调控方面做出了主要创造性贡献。是代表性论文1、3的通讯作者，以及主要论文9、10、11、12、13、15、16、17 的通讯作者。  

　　李春：第二完成人，教授，工作单位：电子科技大学，完成单位：电子科技大学。在本项目中主要承担石墨烯/WS2、石墨烯/WS2/硅范德华异质结、GeS的光电转换机制及其光电器件设计与加工等研究工作。参与了石墨烯/WS2、石墨烯/WS2/硅范德华异质结的二维晶种外延化学气相沉积方法的开发。对科学发现点1、2、3均有贡献。是代表性论文4、5的通讯作者，是主要论文8、18、19、20的通讯作者。  

　　魏大程：第三完成人，研究员，工作单位：复旦大学，完成单位：复旦大学。在本项目中提出了二维材料的等离子体化学气相沉积制备方法，发现了p-MSB/WSe2范德华异质结的“巨光电栅压效应”，并制备了超高光响应度的光探测器件。对科学发现点1、2、3均有贡献。是代表性论文2的通讯作者，是主要论文6、7、14、15的通讯作者。 

　　申钧：第四完成人，研究员，工作单位：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，完成单位：中国科学院重庆绿色智能技术研究院。本项目中参与研究了石墨烯纳米墙/硅异质结的高效光电转换机制，对石墨烯/硅、InSb/硅异质结光电探测器件加工与测试方面有主要贡献。对科学发现点1、3均有贡献。是代表性论文1的第一作者，是主要论文9、17的通讯作者。  

　　兰长勇：第五完成人，工作单位：电子科技大学，完成单位：电子科技大学。本项目中主要贡献为发展了WS2的直接异质外延气相沉积方法和GeS制备方法，实现了石墨烯表面上直接连续生长WS2二维原子晶体薄膜。参与了石墨烯/WS2、石墨烯/WS2/硅范德华异质结光电转换器件的制备和测试工作。对科学发现点2、3均有贡献。是代表性论文4、5的第一作者，是主要论文18、19、20的第一作者。  

　　六、代表性成果目录  

　　[1]Jun Shen, Xiangzhi Liu, Xuefen Song, Xinming Li, Jun Wang, Quan Zhou, Shi Luo, Wenlin Feng, Xingzhan Wei, Shirong Lu, Shuanglong Feng, Chunlei Du, Yuefeng Wang, Haofei Shi, Dapeng Wei. High-performance Schottky heterojunction photodetector with directly-grown graphene nanowalls as electrodes.Nanoscale, 2017,9, 6020-6025.  

　  [2]Menglin Li, Donghua Liu, Dacheng Wei, Xuefen Song, Dapeng Wei, Andrew Thye Shen Wee. Controllable Synthesis of Graphene by Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition and Its Related Applications. Advanced Science, 2016, 3, 1600003.  

　　[3]Jian Liu, Wentao Sun, Dapeng Wei, Xuefen Song, Tianpeng Jiao, Shixuan He, Wei Zhang, Chunlei Du. Direct growth of graphene nanowalls on the crystalline silicon for solar cells, Applied Physics Letters, 2015, 106, 043904.  

　　[4]Changyong Lan, Chun Li, Shuai Wang, Tianying He, Zhifei Zhou, Dapeng Wei,  Huayang Guo, Hao Yang,Yong Liu. Highly responsive and broadband photodetectors based on WS2-graphene van der Waals epitaxial heterostructures. Journal of Materials Chemistry C, 2017, 6, 1494-1500.  

　　[5]Changyong Lan, Chun Li, Yi Yin, Huayang Guo, Shuai Wang, Synthesis of single-crystalline GeS nanoribbons for high sensitivity visible-light photodetectors. Journal of Materials Chemistry C , 2015, 3, 8074-8079.  

　　本材料公示期内（2024年1月31日至2024年2月6日），任何单位或个人对公示项目的创造性、先进性、适用性及推荐材料的真实性和项目主要完成单位持有异议的，可以书面形式向科技处提出，并提供必要的证明材料。为便于核实查证，确保实事求是、客观公正地处理异议，提出异议的单位或者个人应当表明真实身份，并提供联系方式。凡匿名异议和超出期限的异议，不予受理。  

　　特此公示。  

　　联系单位：中国科学院重庆绿色智能技术研究院科技处  

　　通讯地址：重庆市北碚区方正大道266号  

　　联系电话：023-65935678  

　　联 系 人：孙萌  

　　                                                                                       中国科学院重庆绿色智能技术研究院科技处  

　　                                                                                                        2024年1月31日