SCMs|砷取代调控黑磷带隙用于高性能光电探测器件

多层黑磷的带隙（~0.33 eV）覆盖~3.7微米光谱范围，在红外应用方面有巨大潜力。然而进一步降低带隙使其可用于远红外器件仍面临挑战。此外，黑磷材料及器件饱受空气稳定性差的困扰。

近日，南京航空航天大学郭万林院士、刘衍朋教授和中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张凯研究员等人在Science China Materials发表研究论文，提出了同系物砷取代的策略，实现了对黑磷带隙的调控和稳定性的增强。

本文要点：

1) 通过优化化学气相传输的生长参数，制备出砷含量可控的毫米级黑磷母体。经扫描隧道显微镜和能谱分析，砷原子随机嵌入黑磷的主晶格中并保留了原有几近完美的晶格排列。

2) 对于60%砷含量的多层黑磷，其电学带隙降低至~0.16 ± 0.02 eV并伴随强的p型掺杂。

3) 受益于较小的晶格畸变和强掺杂效应，基于砷取代黑磷的光电器件表现出高达约882 mA W^-1的光响应率，远超未取代的黑磷基光电器件（约314 mA W^-1）。

4) 砷取代的黑磷器件在暴露大气环境（温度 ~20°C；湿度~33%）48小时后未表现出明显的氧化迹象。

本文为开发黑磷基、可长时间运行的光电探测器和光调制器件提供了新途径。

文章信息

Wang Y., Chen C., Tang Z., et al. Tunable bandgap of black phosphorus by arsenic substitution toward high-performance photodetector. Sci. China Mater. (2023).

https://doi.org/10.1007/s40843-022-2347-9

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