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近日,在物理学院介观物理与光电探测课题组徐浩研究员的指导下,我校格拉斯哥学院2020级微电子科学与工程专业本科生李雨晗(第一作者)在国际权威的物理类Top期刊 Applied Physics Letters 发表封面文章,并作为精选论文(Featured Article)在期刊官网首页重点展示,论文标题为“High external quantum efficiency monolayer MoS2(1−x)Se2x phototransistor with alloying-induced near-infrared absorption”。物理学院徐浩研究员、周柳江教授为共同通讯作者,电子科技大学为第一作者单位。
得益于出色的电学、光学、力学等属性,二维过渡族金属硫化物(TMDs)家族的MoS2已经引起越来越多的关注,并作为新一代光电子信息材料在硅光集成、激光雷达、智慧感知、柔性电子等前沿领域崭露头角。单层的MoS2具有直接带隙(1.85 eV),但其本征光学吸收仅限于可见光区域,极大限制了其在近红外光探测方面的诸多应用。本研究采用高效便捷的化学溶液沉积方法在Si/SiO2衬底上制备了高质量的三元单层MoS2(1-x)Se2x纳米片,并基于此制造了高性能的近红外光电晶体管。基于能带工程策略,该工作通过硒(Se)的少量掺杂引入带间吸收,实现了单层MoS2的光吸收从可见光延伸到近红外区域,成功调控了单层MoS2的光学性质,并确定了MoS2(0.9)Se2(0.1)的最佳掺杂比例。
器件性能方面,单层MoS2(1-x)Se2x光探测器在780nm(约1.59 eV,该波长是本征单层MoS2的盲区)近红外光源照射下,输出了75.38 A/W的光电响应度,约为1012 Jones的光探测率,以及高达11230%的外量子效率。密度泛函理论(DFT)计算系统揭示了器件工作的内在物理机制。近红外光吸收主要源于硫空位(Vs)之间的价态能级状态(从+1到0之间的带间能级状态),因为它提供了一个距离导带底1.58 eV的带间能级。此外,硒的合金化能够有效抑制由Vs形成的深能级缺陷,从而进一步提升了器件性能。本工作呈现了基于三元单层MoS2(1-x)Se2x的高性能近红外探测器,为拓展单层MoS2光吸收至红外波段、并实现高效率光电转换提供了切实可行的方案和明确的工作机理。
李雨晗,格拉斯哥学院2020级本科生,微电子科学与工程专业,电子科技大学栋梁工程“立人班”成员,本科期间多次获得校优秀学生奖学金,格拉斯哥学院学业奖学金等,累计7万余元。曾获得第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛国家级银奖,“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛省级银奖。
徐浩,研究员、博导,入选电子科技大学百人计划,长期致力于低维度半导体物理及其光电探测与传感研究,发表30余篇SCI论文,出版英文专著1部,主持承担多项国家及省部级科研项目、教研项目。先后指导学生参加国际级、国家级、省级竞赛和创新创业比赛累计获奖30余项。
周柳江,教授、博导,国家青年人才,长期致力于先进量子材料与量子作用等领域的研究,主持了国家海外引进杰出人才、国家自然科学基金、国防重大攻关、四川省科技厅等多个项目,总经费超过千万。在Nat. Commun., Nano Lett., Adv. Mat.等SCI期刊上发表120余篇文章,他引5411次,H-index为41。
论文链接:https://doi.org/10.1063/5.0165117
编辑:李果 / 审核:李果 / 发布:陈伟