Advanced Functional Materials解锁二维范德瓦尔斯异质结光电探测器最新设计！
文摘
2024-11-21 07:30
青海
【研究背景】
近红外光电探测器因其在夜视、环境监测、图像感知及军事检测等领域的广泛应用而备受关注。偏振光检测特别引人注目，其能提供更丰富的散射信息，增强目标在伪装、黑暗或复杂背景中的检测与识别能力。然而，传统红外偏振检测器存在光学系统笨重、成本高昂及外部偏振器导致的串扰问题等挑战。对此，石墨烯、黑磷等材料因其易剥离、原子级薄度、高透明度及机械柔韧性等独特性质，成为新兴候选材料。过渡金属二硫化物（TMDCs）特别引人关注，其中MoTe2因其较小带隙和优越空气稳定性脱颖而出。然而，MoTe2/ReS2异质结器件的各向异性比仅为1.03，需要进一步提升。为此，长春理工大学Lianqing Zhu、北京信息科技大学Lidan Lu、RMIT大学工程学院Jianzhen Ou、天津大学Chunhua An教授合作提出了一种新型光电探测器结构：2H-MoTe2/1T'-MoTe2/MoSe2异质结构。该设计利用MoSe2和2H-MoTe2构建的PN结，有效促进了光生电子空穴对的快速分离，而介于的1T'-MoTe2层则优化了激子解离过程，并作为红外偏振光光敏剂。实验结果显示，该器件不仅在532–1550 nm的宽波长范围内具有优异的光响应能力，还利用1T'-MoTe2的固有各向异性实现了对偏振光的高度敏感性。因此，这种创新的异质结构为基于二维范德瓦尔斯材料的先进光电子器件开辟了新的研究和应用方向。![]()
【研究亮点】
（1）实验首次提出了基于2H-MoTe2/1T′-MoTe2/MoSe2结构的类型II范德瓦尔斯异质结，用于光伏光电探测器。这种结构能够自发产生光电流，无需外部偏置或栅极电压。（2）实验中发现，MoSe2和2H-MoTe2构成的PN结有效促进了光生电子空穴对的快速分离，而位于中间的1T′-MoTe2层则显著增强了激子分裂效应。这些结构优势使得器件表现出卓越的性能：n具有极高的光电流各向异性比达到55，显示出对偏振光的高灵敏度。n器件的响应率达到0.76 A W−1，检测率高达3 × 10^9 Jones，外量子效率达到71%。n快速的上升和下降响应速度分别为13毫秒和10毫秒，适合高速光电探测需求。![]()
图1：2H-MoTe2/1T′-MoTe2/MoSe2异质结构的结构图和表征。![]()
图2.2H-MoTe2/1T′-MoTe2/MoSe2异质结构的示意图。![]()
图3.2H-MoTe2/1T′-MoTe2/MoSe2单材料的电学性质。![]()
图4. 2H-MoTe2/1T′-MoTe2/MoSe2异质结构的光响应。 ![]()
图5. 2H-MoTe2/1T′-MoTe2/MoSe2异质结构的线偏光特性。【结论展望】
作者展示了一种基于2H-MoTe2/1T'-MoTe2/MoSe2范德瓦尔斯异质结的新型光电探测器结构。底部的N-MoSe2和顶部的P-MoTe2形成内部电场，中间采用具有各向异性结构的1T′-MoTe2材料。作为光电探测器，该器件具有广泛的光谱检测能力，可达近红外波段（1550 nm）并具有对偏振光的响应能力，这得益于中间层1T′-MoTe2材料的无带隙带结构和各向异性晶体结构。该器件在1310 nm激光下表现出高达0.76 A W−1的响应率，具有3 × 109 Jones的高检测率，71%的高外量子效率（EQE），以及快速的上升和下降响应速度分别为13毫秒/10毫秒，光电流各向异性为55。这种结构为设计具有广谱、高灵敏度和偏振检测能力的光电子器件提供了新方法，并为进一步开发2D范德瓦尔斯异质结构以制造高性能和新型光电子器件奠定了基础。文献信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202407931👉 点击左下角“阅读原文”，即可直达原文！💖
