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东北林大冯伟教授团队《ACS Appl. Nano Mater.》:在混合维范德华异质结光电探测器方面取得新进展
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示意图1:a) InSe-Si 范德华异质结3D晶体结构;b) 2D-3D InSe-Si范德华异质结光电探测器构筑过程。
图 1为InSe-Si 范德华异质结光电探测器的形貌和结构表征。a) InSe-Si范德华异质结光电探测器的示意图;b) InSe-Si范德华异质结光电探测器的光学图像;c) InSe、Si和InSe-Si范德华异质结的拉曼光谱;d) InSe、Si和InSe-Si范德华异质结的PL光谱。
2D InSe具有良好的机械性能且表面无悬键,因此可以忽略晶格失配的问题与3D Si相集成。本实验通过微转移平台进行异质结构的构筑,并对InSe-Si范德华异质结进行一系列表征。通过PL(图1d)表征可以看出,InSe-Si异质结处的PL峰强度相较于InSe大大降低,表明多层InSe的载流子在异质结区转移到了Si,证明了多层InSe和3D Si之间的良好接触。
图2为InSe-Si范德华异质结光电探测器的电学表征。a)InSe-Si范德华异质结光电探测器的I-V曲线;b)在零栅极电压下测量的各种2D-InSe基异质结和混合2D-3D范德华异质结的整流比,包括InSe-Se23、InSe-Te21、InSe-AsP22、InSe-GaTe19、InSe-BP27、MoS2-InSe28、InSe-GaSe18、InSe-GeAs29、MoS2-Si24、WS2-Si30和MoSe2-Si31。
图 3为 InSe-Si 光电探测器的光响应特性。a) InSe与Si接触后能带对齐;b) 由波长为 300- 1000 nm 的光照射的自驱动光电探测器的 I-T 曲线;c) InSe-Si范德华异质结光电探测器在 400 nm 不同功率强度下的 I-V 曲线;d-f) 分别为 在400 nm不同偏置电压下的 R、D*、EQE 值。
表1为基于二维 InSe的范德华异质结光电探测器的光响应性能比较
文中对范德华异质结光电探测器电学和光电性质进行探究,证明范德华异质结光电探测器有良好的整流效果,在±1V的较小偏压下具有5×103的高整流比,这超过了在零栅压下所有其他基于二维InSe范德华异质结。InSe-Si 范德华异质结可被作为自驱动光电探测器,其响应范围从300 nm到1000 nm。该自驱动光探测器显示了高的光响应性能,其响应值为37.3 mA/W,响应速度为32 ms且表现出良好的稳定性。在-1.0 V的偏压下,响应值和探测值分别增加到0.94 A/W和2.5×1012Jones。其光响应特性优于大多数其他基于二维InSe的范德华异质结光电探测器。
图5为混合维 InSe-Si 范德华异质结光电探测器的成像能力。a)成像系统示意图;b)从图像扫描系统获得的图像,偏置为 -0.3 V;c)沿图 5b 中的蓝线获得的检测信号;d)在242-293之间电流的放大信号。
此外,2D-3D InSe-Si 范德华异质结光电探测器对可见光具有良好的光学成像能力。这项工作表明,混合维 2D-3D InSe-Si 范德华异质结光电探测器在高性能光电器件应用中具有巨大潜力。
原文链接
https://doi.org/10.1021/acsanm.1c03100
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