據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，上海交通大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)基于由金屬性NbSe?和半導(dǎo)體性MoS?組成的二維范德華(vdWs)異質(zhì)結(jié)制備了柵極調(diào)制的自供電光電探測(cè)器。由于采用NbSe?/MoS?范德華異質(zhì)結(jié)，器件在405~980 nm零偏置光照下的最大響應(yīng)率為455.3 mA/W，探測(cè)率為1.9×1012 Jones，上升/衰減時(shí)間為17/18 μs，光譜靈敏度高。此外，在柵極電壓為40 V時(shí)，該器件的響應(yīng)率和探測(cè)率約為-40 V時(shí)的7倍。這項(xiàng)研究證明了將二維金屬性NbSe?集成到范德華異質(zhì)結(jié)高性能寬帶光電探測(cè)器用于近紅外成像和通信的巨大潛力。這項(xiàng)研究以“Realizing Ultrafast Respond Speed and High Detectivity for Gate-Modulated Self-Powered Photodetector with NbSe2/MoS2 van der Waals Heterostructure”為題發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。
 

　　研究人員通過(guò)將NbSe?和MoS?垂直堆疊在300 nm SiO?/Si襯底上，構(gòu)建了二維NbSe?/MoS?范德華異質(zhì)結(jié)。圖1展示了NbSe?/MoS?異質(zhì)結(jié)器件的表征。接著，研究人員在黑暗和明亮條件下測(cè)試了NbSe?/MoS?異質(zhì)結(jié)器件的響應(yīng)特性，相關(guān)結(jié)果如圖2所示。結(jié)果顯示，NbSe?/MoS?異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器具有從可見光到近紅外波段的廣譜響應(yīng)能力。
 

圖1 NbSe?/MoS?異質(zhì)結(jié)器件的表征
 

圖2 NbSe?/MoS?器件的光電探測(cè)性能
 

　　此外，研究人員還通過(guò)施加?xùn)艠O電壓來(lái)調(diào)制NbSe?/MoS?器件的光伏特性，相關(guān)結(jié)果如圖3所示。同時(shí)，研究人探究并對(duì)比了NbSe?/MoS?器件的相噪聲功率密度與頻率關(guān)系、響應(yīng)時(shí)間以及穩(wěn)定性等，相關(guān)結(jié)果如圖4所示。
 

圖3 施加?xùn)艠O電壓調(diào)制NbSe?/MoS?器件的光伏特性
 

　　圖4 NbSe?/MoS?器件的的歸一化光電流函數(shù)、噪聲功率密度與頻率關(guān)系、響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定性
 

　　為了解NbSe?/MoS?器件的光響應(yīng)機(jī)制，研究人員深入探究了Au電極和NbSe?之間、NbSe?和MoS?之間的電位差異及能帶圖，相關(guān)結(jié)果如圖5所示。結(jié)果顯示，MoS?和Au之間形成肖特基結(jié)，光電流主要出現(xiàn)在MoS?與電極接觸的一側(cè)。最后，為探索NbSe?/MoS?異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器在成像中的實(shí)際應(yīng)用潛力，研究人員進(jìn)一步研究了其在可見光下的成像能力。
 

圖5 NbSe?/MoS?器件的光響應(yīng)機(jī)制
 

圖6 NbSe?/MoS?器件的成像應(yīng)用
 

　　綜上所述，這項(xiàng)研究成果制備了NbSe?/MoS?范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該器件具有出色的光探測(cè)性能和柵極電壓可調(diào)性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該器件的成像能力。這項(xiàng)研究重點(diǎn)介紹了NbSe?等二維金屬材料在光電子領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。基于二維范德華異質(zhì)結(jié)的高性能、柵極可調(diào)諧、自供電光電探測(cè)器在未來(lái)的光電器件中顯示出巨大的前景。
 

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　　https://doi.org/10.1021/acsami.5c03415