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自然出版集团《NPJ·二维材料和应用》:魏大程课题组发现提高光电探测灵敏度的“巨光电栅效应”

发布时间:2018-07-31 

最近,澳门太阳城网站-平台澳门太阳城平台高分子分子工程国家重点实验室魏大成在高性能二维光电探测器研究领域取得了进展。相关研究成果名为“二维范德瓦尔有机/钨二硒杂质界面的大光电门控效应”(二维范德瓦尔有机/钨二硒杂环的大光电门控效应)在线发表在Nature Publishing Group《NPJ·二维材料和应用》(NPJ 2D Materials and Applications,2: 21; doi: 10.1038/s41699-018-0066-2)。

二维过渡金属硫属元素化物如二硫化钼(MoS2)和二硒化钨(WSe2)的特征在于强光 - 物质相互作用,高载流子迁移率,可调带隙和小暗电流。该领域具有很大的应用潜力。然而,由于二维材料的高透射率,基于本征材料的光电探测器的灵敏度难以进一步提高。为了解决这个问题,光栅效应被认为是实现高性能光电检测的有效方法,这可以通过引入光吸收材料和二维材料以形成异质结构来实现。界面电荷俘获对光栅控制具有重要意义。但是,仍然没有有效控制捕获过程。难以在异质结的界面处累积更多的光生载流子,这导致普通光栅调节的光响应的灵敏度有限。

为了解决光栅调节问题,进一步提高器件的响应灵敏度,魏大成团队开发了一种基于新原理的光电探测器装置(即“大光栅控制”)。它们通过气相沉积外延生长有机层而形成二维有机/WSe2异质结。基于光栅和栅格之间的协同作用,发现存在“巨大的光栅效应”。异质结界面具有用于载体单向注入的势垒,并且栅格可以调节势垒高度,从而显着增强界面捕获电荷的能力并实现比普通光栅效应更高的光响应灵敏度。光响应灵敏度达到3.6×106 A/W,远高于现有的二维异质结构光电探测器,如PbS/WSe2(2×105 A/W),PPh3/WSe2(6.67×105 A/W) 。 ,石墨烯/WSe2 /石墨烯(0.01 A/W),MoS2/WSe2(0.12 A/W),MoTe2 pn结(5×10-3 A/W)等。还发现气相浓度足够外延生长中的有机分子有利于形成理想的二维范德华界面,这是获得“巨型光栅效应”的关键因素之一。

此外,基于“巨型光栅效应”,研究小组开发了一种新型光电探测器装置,即电子栅极开关光电探测器。该器件可以通过栅极电压打开或关闭光电探测器,并且可以通过栅极电压调节响应电流。简而言之,“巨型光栅效应”是设计光电探测器的新策略,它不仅可用于高性能光电探测器设备,而且还可用于开发新型光电器件的巨大潜力。

以上相关结果发表在NPJ 2D Materials and Applications上。澳门太阳城网站-平台和高分子分子工程国家重点实验室是第一个单位。澳门太阳城网站硕士研究生蔡志是第一作者,魏大成是交流的作者。

图a。该装置的示意图和在光照下光生载流子的捕获过程;图b。 WSe2在光(左)下的异质结,在正常光栅(中)下的异质结,以及“巨光子效应”能带结构的右侧图;图c,“质量光栅效应”装置性能与文献报道数据对比;图d。不同栅极电压下光伏开关光电探测器的光电流响应。

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