澳门新葡萄赌场娱乐,澳门新葡萄官方网站

科研成果
当前位置:科学研究 > 科研成果
材料学院刘锴课题组在WSe2/VO2异质结光电探测器研究方面取得进展

        近日,澳门新葡萄赌场娱乐刘锴副教授课题组在美国物理联合会(AIP)出版的《Applied Physics Reviews》(IF=12.7)期刊上在线发表了题为《基于WSe2/VO2异质结的相变调制的高性能双模式光电探测器》(Phase-transition modulated, high-performance dual-mode photodetectors based on WSe2/VO2 heterojunctions)的研究论文。该研究通过构建过渡金属硫属化物(TMDs)和过渡金属氧化物(TMOs)的异质结(WSe2/VO2),利用VO2独特的绝缘体-金属转变以及WSe2的半导体特性,结合两类材料的协同作用优势,发展出工作模式可调制的高性能双模态光电探测器,可同时实现较高的响应率和探测率。

        近年来,层状TMDs材料因其丰富的电子结构、多样化的异质结构以及异质结之间超快的电荷转移速度,在光电器件中展现出诱人的应用前景。对于光电探测器件来讲,响应率(responsivity, R*)和探测率(detectivity, D*)是表征其性能的重要参数。响应率R? = Iph / Pin,取决于光生电流与入射光功率之比,而探测率D? = R? / (2qJDS)1/2,除了与响应率有关外,还与暗电流密度有关。对于工作在某一种模式下的TMDs光电探测器来讲,高的响应率和高的探测率通常难以同时获得。例如工作在光导模式下的MoS2/石墨烯光电探测器,其响应率可超过800 A/W,但同时伴随着较大的暗电流,因而响应率较低;而对于工作在光伏模式下的光电探测器,其暗电流很小,探测率可高达1012到1013 Jones,但响应率却常常低于0.5 A/W。因此,如何制备出兼具高响应率和高探测率的TMDs光电探测器件,是光电探测领域一个重要的挑战。

        针对这一关键问题,刘锴课题组另辟蹊径,搭建出WSe2/VO2垂直异质结,巧妙地利用VO2在68摄氏度下发生的绝缘相-金属相转变,动态调控异质结的类型,进而改变异质结的最佳工作模式。当VO2处于绝缘相(本质上为半导体)时,异质结种类为II类半导体p-n结,器件适合工作在光伏模式,而当VO2转变为金属相时,异质结种类变为肖特基节,器件可以工作在光导模式。利用这一策略,通过可逆地控制VO2的相态,实现WSe2/VO2光电探测器件工作模式的动态切换,最终获得了同时兼具高响应率(6.6 A/W)和高探测率(1.87×1013 Jones)的光电探测器件。这一研究为发展新型高性能光电探测器件提供了新思路,同时也是刘锴课题组继NbS2-NbOx阻变异质结工作(ACS Nano 2019, doi: 10.1021/acsnano.9b06627)之后在TMDs/TMOs异质结领域的又一创新性工作。

        该工作在线发表后,被《Applied Physics Reviews》编辑选为当期的Featured Article,在期刊澳门新葡萄赌场娱乐重点推荐,同时被AIP旗下的宣传网站Scilight撰文报道。该论文第一作者为材料学院博士后罗浩,通讯作者为材料学院刘锴副教授和南方科技大学程春副教授。该工作得到了科技部重点研发计划,基金委基础科学中心项目、面上项目,以及霍英东教育基金等科研项目的支持。

 
    123.png    

基于WSe2/VO2相变调制的高性能双模式光电探测器工作原理示意图


        论文链接https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5124672
        AIP Scilight报道链接https://aip.scitation.org/doi/10.1063/10.0000460

Copyright © 2020 澳门新葡萄赌场娱乐 All Rights Reserved. 地址:澳门新葡萄赌场娱乐 逸夫技术科学楼 100084