基于零維硫化鉛量子點與二維二硒化鎢納米片協(xié)同效應(yīng)的高性能寬光譜光電場效應(yīng)晶體管

近年來，伴隨石墨烯研究發(fā)展而來的二維過渡金屬硫?qū)倩衔铮═MD）因其天然的半導(dǎo)體性，原子級的材料維度、超高的載流子傳輸能力等物理屬性而成為當(dāng)前光電子領(lǐng)域的研究熱點。基于TMD的各類新穎器件被廣泛地應(yīng)用于電子、光電、傳感等領(lǐng)域。作為一類典型的p型二維材料，巨納集團(tuán)低維材料在線91cailiao.cn提供的二硒化鎢擁有達(dá)到350cm?1V?1s?1的高遷移率以及1.6 eV的合適帶隙，是制備高靈敏光電探測器的理想材料。最近，基于二硒化鎢納米片的光電探測器被廣泛報道，然而由于其較弱的光吸收和較窄的光譜響應(yīng)范圍，導(dǎo)致其光響應(yīng)率不理想（0.02–7 AW–1），嚴(yán)重限制了其在微弱光電信號探測領(lǐng)域的應(yīng)用。另一方面，低成本硫化鉛量子點由于其極強的光吸收能力、溶液加工特性和可調(diào)的光響應(yīng)特性被認(rèn)為是柔性光電器件的明星候選材料，其被廣泛地應(yīng)用于近紅外探測、光伏和光譜分析。美中不足的是硫化鉛量子點光電探測器的響應(yīng)率被其本身的低載流子遷移率所限制，阻礙了其在光電探測領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
基于以上兩類器件的長期研究和積累，結(jié)合當(dāng)前零維-二維雜化器件的研究現(xiàn)狀，華中科技大學(xué)武漢光電國家實驗室（籌）宋海勝和唐江教授研究團(tuán)隊巧妙利用了二硒化鎢和硫化鉛量子點優(yōu)越互補特性設(shè)計和實現(xiàn)了零維-二維協(xié)同工作的高性能光電探測器。這種構(gòu)建策略將量子點的光吸收特性與二維材料的高遷移率相結(jié)合，構(gòu)建了零維-二維器件結(jié)構(gòu)與type-II的能帶結(jié)構(gòu)，器件表現(xiàn)出超高的光響應(yīng)度，達(dá)到了2×105 A/W，比單立材料制成的對應(yīng)器件響應(yīng)率高出了4個數(shù)量級。高響應(yīng)率產(chǎn)生機制被證實來源于光致柵控效應(yīng)。硫化鉛量子點能夠高效吸收入射光子，并將光生空穴注入到二硒化鎢導(dǎo)電溝道，而光生電子被俘獲在硫化鉛量子點層，延長了光生載流子壽命，從而對二硒化鎢起到光電導(dǎo)調(diào)控作用；同時，由于二硒化鎢的高遷移率，大大減少了光生載流子在導(dǎo)電溝道的渡越時間，提高了器件的增益。與已報道的類似（零維-二維）結(jié)構(gòu)的器件相比，該器件表現(xiàn)出更低的暗電流與更高的開關(guān)比；在整個柵控電壓范圍內(nèi)，不論是開態(tài)還是關(guān)態(tài)，該器件都可正常工作。研制的零維-二維雜化器件在表現(xiàn)出高響應(yīng)度的同時也擁有高的比探測率（7×1013 Jones）和快速的響應(yīng)速度（7 ms）；由于量子點的光敏特性，其光譜響應(yīng)范圍也相應(yīng)拓寬到近紅外范圍，實現(xiàn)紫外到近紅外的寬光譜探測。以上系列核心優(yōu)勢使其在光電探測領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。該項研究不僅為高性能光電探測器的研制提供了新思路，也為光電探測領(lǐng)域豐富了材料的選擇性，拓寬了器件的應(yīng)用范圍。

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