_ Oamenii de știință dezvăluie mecanismul de funcționare al multistraturilor Fotodetector MoS₂ cu gamă spectrală largă și răspuns multibandă

Ca material tipic bidimensional, MoS2 prezintă proprietăți optice și electrice unice datorită grosimii sale atomice în dimensiunea verticală, făcându-l un punct fierbinte de cercetare în domeniul detectie optoelectronica.

Performanța dispozitivelor MoS2 depinde în mare măsură de caracteristicile materialelor, structurile dispozitivului și tehnicile de fabricație. Prin urmare, caracteristicile de fotodetecție ale dispozitivelor MoS2 pot fi determinate de diferite efecte fizice, care contribuie la dezvoltarea fotodetectorilor de bandă largă bazați pe MoS2.

O echipă de cercetare de la școala de știință și inginerie electronică a Universității de Sud-Est a a dezvoltat un fotodetector MoS2 de bandă largă, acoperind o gamă de la 410 la 1550 nm. Printr-o serie de experimente electrice și optoelectronice, lucrarea dezvăluie mecanismul de funcționare al răspunsului optic multiband al dispozitivului MoS2.

Lucrarea este publicată în revista Advanced Devices & Instrumentation.

În ultimii ani, fotodetectoarele cu bandă largă au jucat un rol important în diverse domenii, cum ar fi comunicarea optică, imagistica, transmisia, detectarea, siguranța mediului și monitorizarea. Ca material bidimensional tipic, bisulfura de molibden (MoS2), o dicalcogenură de metal tranzițional, a atras o atenție semnificativă datorită proprietăților sale electrice și optice excelente, precum și ușurinței sale de prelucrare.

Cu toate acestea, bandgap-ul MoS2 limitează raza de detecție a fotodetectorilor săi. Pentru a extinde intervalul de răspuns al fotodetectorilor MoS2, au fost raportate diferite metode de tratament chimic. În plus, integrarea detectorilor de MoS2 cu nanostructurile fotonice permite un răspuns la lumină îmbunătățit și extins.

Cu toate acestea, fotodetectorii MoS2 exfoliați mecanic, pregătiți fără a fi nevoie de tratament chimic, au avantaje de neînlocuit. Realizarea fotodetecției sub-bandgap în dicalcogenurile metalelor tranziționale prin exfoliere mecanică a devenit un punct central al cercetărilor actuale. În plus, performanța fotodetectorilor bidimensionali cu materiale este strâns legată de structurile dispozitivului și metodele de fabricație.

În acest studiu, a fost pregătit un fotodetector cu efect de câmp (FET) MoS2 multistrat folosind o metodă de exfoliere mecanică, prezentând o gamă largă de detecție spectrală de până la 1550 nm. Rezultatele experimentale demonstrează că FET-ul MoS2 optimizat prezintă o rezistență mai scăzută și caracteristici de control al porții mai stabile.

Prin exfolierea mecanică a MoS2 multistrat în timpul procesului de pre-transfer, s-au obținut o capacitate de răspuns ridicată și o detectivitate specifică sub iluminare de 480 nm. Dispozitivul prezintă caracteristici bune de ieșire și transmisie sub lumină incidentă, variind de la 410 la 800 nm și este fotosensibil. Lățimea de bandă de răspuns poate fi extinsă la 1550 nm, permițând un răspuns de bandă largă în mai multe regiuni spectrale.

În plus, au fost analizate caracteristicile de transport al purtătorului și răspunsurile dependente de timp ale dispozitivului la diferite lungimi de undă. Detectarea luminii vizibile se bazează pe efectele fotoconductoare și de fotogating, în timp ce detectarea luminii infraroșii dincolo de banda interzisă se bazează în principal pe efectul fototermic.

O echipă de cercetare de la Universitatea Southeast a explicat diferitele caracteristici electrice dintre pretransfer și post-transfer. Dispozitivele MoS2 prin diferitele moduri de contact dintre MoS2 și Au. Diferența de potențial de suprafață (SPD) la joncțiunea MoS2-Au a unui dispozitiv MoS2 post-transfer a fost observată utilizând microscopia de forță a sondei Kelvin.

Pe baza rezultatelor măsurătorilor SPD și a diferenței de funcție de lucru, s-a constatat că funcția de lucru a MoS2 este cu aproximativ 0,05 eV mai mică decât cea a Au. Diagrama benzii de energie înainte și după contact a relevat prezența unei bariere Schottky la interfața MoS2-Au, ceea ce a dus la un comportament electric inferior. În cazul dispozitivelor de pretransfer, interfața MoS2-Au a fost influențată de fixarea nivelului Fermi, ducând la o reducere a funcției de lucru a Au sub cea a MoS2. Ca urmare, s-a format un contact ohmic la interfața MoS2-Au, reducând rezistența de contact și crescând curentul.

Acest studiu prezintă un detector MoS2 back-gate, cu mai multe straturi, exfoliat mecanic, cu capacități de fotodetecție multi-bandă. . În cadrul procesului optimizat de fabricare pre-transfer, dispozitivul prezintă performanțe îmbunătățite de transport de încărcare.

Fără a fi nevoie de tratament chimic, detectorul MoS2 realizează o fotodetecție spectrală largă dincolo de banda interzisă MoS2. Dispozitivul demonstrează o capacitate de răspuns maximă de 33,75 A W−1 la lumină vizibilă (480 nm), cu o detectivitate specifică corespunzătoare de 6,1×1011 cm Hz1/2 W−1. Mecanismul de răspuns la lumina vizibilă este atribuit efectelor fotoconductoare și fotoconductoare.

În plus, dispozitivul arată un răspuns la lumină infraroșie de 1550 nm, depășind limitarea bandgap-ului, care este atribuită variației concentrației purtătorului cauzată. prin efectul fototermic. Comportamentul de fotodetecție în bandă largă al dispozitivului este atribuit efectului fotoelectric în lumina vizibilă și efectului fototermic în lumina infraroșie, oferind perspective pentru detectarea în bandă largă la temperatura camerei și demonstrând un potențial semnificativ în diferite domenii, cum ar fi stealth infraroșu, viziunea artificială și monitorizarea mediului. .

(Fluierul)