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《横向石墨烯与垂直叠加的ws2/mos2混合光电探测器获得了巨大的收益。》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2017-10-19

  • 演示了如何利用垂直叠加的ws2/mos2半导体异质结构和石墨烯电极的有限密度来实现全2d光探测器的重大改进。与单层设备相比，WS2/MoS2异质双层装置的光反射系数增加了超过一个数量级，与WS2和MoS2的单层装置相比，在照明功率密度为1.7 102兆瓦时，达到103 A W 1。性能的巨大改进是由于WS2和MoS2层之间的强库仑交互作用。在ws2/mos2异质接口和长时间捕获电荷的时间中，有效电荷转移对观测到的大光电导增益为3104。采用横向间距的石墨烯电极和垂直叠加的二维范德瓦尔斯异质结构来制作高性能的超薄光电探测器。

    ——文章发布于2017年10月17日

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    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-03-27
    • 二维过渡金属双硫属化物（TMD）是目前材料领域的一个研究热点，有望在超薄电子和光电子工业取代传统的半导体材料。它们同半金属性的石墨烯、绝缘晶体（如六方氮化硼）一起，被视为基于二维van der Waals晶体来制备新一代纳米电子器件的基本单元。光致激发下，type-II型TMDs异质结中具有超快的层间电荷传输，大概在皮秒量级，且相比于单层或双层的TMD晶体，人工设计的TMDs异质结具有更高的光敏感性。近日，研究者基于横向搭接石墨烯、垂直堆叠的WS2/MoS2，提出制备一个侧向金属-半导体-金属（MSM）的异质堆叠结构。 　　 　　具体制备工艺为：在PMMA薄膜基底上用电子束光刻和氧等离子体选择性刻蚀来制备Au焊盘和石墨烯电极，将其转移到已覆有TMD (A)的硅片上，最后将TMD (B)转移到此硅片上（单层TMD时不需此步），其中TMDs和石墨烯晶体均通过CVD法制备。 　　 不同光照功率下的Ids–Vds测试结果，除WS2/MoS2异质双层光电探测器以外，都具有非线性的I–V曲线，表明在石墨烯和TMD之间是非理想的接触；而光照下，WS2/MoS2异质双层光电探测器具有近欧姆响应，甚至随着Vds的增加可以趋于饱和。图2.f所示，WS2/MoS2异质双层光电探测器对应的暗电流约为10-6A，具有最低的沟道电阻。五种光电导体的品质因子如表一所示，可见WS2/MoS2异质双层的光响应可达2340A W-1，界面光导增益高达3.7x104, 相比于单层或双层TMDs来说，光响应提高超过一个数量级。 　　 　　 　由于WS2/MoS2异质结属于type-II能带排布，光激电子和空穴会在隔离层聚集，载流子分离形成层分离激子发生在几个皮秒内，电子和空穴将分别留在MoS2和WS2中；图3.b所示为施加正的背栅电势时器件的能带示意图，石墨烯的功函数可以被调控，因而可以降低Gr–TMD界面的肖脱基势垒；图3.c所示为光激发下的器件能带示意图，光照射后，形成横跨WS2和MoS2的层分离激子，抑制电子-空穴的复合并进一步解离成游离的载流子。在外电场的作用下，电子朝着漏极运动形成光电流，而空穴会朝着接地石墨烯电极运动。在TMD双层的捕获态，Gr-TMD界面产生空穴富集，石墨烯电极上产生正的光栅效应并降低肖脱基势垒，从而使得Gr-TMD肖脱基势垒热电子发射增强，电子从源电极到WS2/MoS2通道注入量的提高，从而促进光电探测器中电子的流通。 　　横向搭接石墨烯、垂直堆叠的WS2/MoS2混合光电探测器可以通过调控van der Waals晶体界面间电荷的传输，使得器件性能具有显著的提升，这对今后优化光电探测器性能具有重要的指导意义。
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  • 《高红外响应的混合石墨烯异质结光电探测器》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2019-03-01
    • 石墨烯/硅异质结通过光门效应具有高增益和宽带光检测的吸引力。然而,在这些设备仍限于photoresponsivity 1 W−1如果没有窄带absorption-enhanced纳米结构。本文系统地研究了在1550nm波长下屏障对光响应的影响。通过基体的选择、石墨烯的掺杂和电学调节可以获得不同的势垒高度。研究发现，较低的石墨烯侧阻挡层高度和较高的硅侧阻挡层高度有利于较好的红外光电响应。通过Polyetherimide掺杂石墨烯和back-gated电子调制,最后响应率达到5.71 W−1,据我们所知是在最好的结果对石墨烯与石墨烯采用红外光电探测器光吸收材料。研究发现，石墨烯中间接跃迁的热离子发射效率与阻挡层高度的差异有关，而通道内的光诱导载流子寿命可通过内置电势得到提高。这些结果为石墨烯/硅异质结在长波红外区域的光检测应用奠定了基础。 ——文章发布于2019年2月28日
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