首页
产品中心
技术百科
客户案例
新闻中心
关于我们

客户成果丨复旦大学《AFM》：基于全耗尽T-MoS2MoTe2B-MoS2异质结的高性能偏振敏感光电探测器

复旦大学微电子学院王竞立青年副研究员、香港理工大学蒋西西博士、中南大学钟棉增副教授在新型光电探测器领域中取得最新进展，该研究成果以《High-Performance Polarization-Sensitive Photodetectors based on Fully Depleted T-MoS2/MoTe2/B-MoS2 Heterojunction》为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

作为现代光电子系统的基础支柱，偏振光探测技术是光信息与电子处理之间的关键接口，能够实现高速光通信网络、精密成像模式、分布式环境监测阵列以及先进国防监控体系等变革性应用。本文展现了一种基于双异质结Top-MoS2/1T′-MoTe2/Bottom-MoS2的新型偏振敏感光探测器，该器件在光电性能方面表现优异。与非全耗尽的MoS2/1T′-MoTe2器件相比，T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2异质结实现了完全耗尽，从而能够抑制反向暗电流。因此，该器件的光生载流子分离效率和传输速度均得到了提升。该创新器件在638 nm波长下无需任何外加电源即可实现6.7×104的大光开/关比、高达331 mA·W-1的响应度(R)、35/98μs的快速上升/下降时间、2.48×1012 Jones的优异探测率(D*)，以及64.43%的出色外量子效率(EQE)，这些性能均远超以往的MoS2/1T′-MoTe2器件。尤其是在638 nm光照且无外加电压条件下，T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2 vdWH器件的各向异性光电流比(Imax/Imin)可达8，是MoS2/1T′-MoTe2 vdWH器件(Imax/Imin≈2.35)的3.4倍。最后，在638 nm偏振光入射下的偏振成像演示验证了该器件在偏振成像领域的应用前景。本研究为光电性能提升提供了可行方案，并为未来光电子器件设计开辟了新路径。

图1.T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2异质结构的表征。 a)T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2异质结器件的示意图。b)器件的光学显微镜图像，比例尺为20㎛。c)MoS2、1T′-MoTe2以及T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2异质结的拉曼散射光谱。d)异质结的原子力显微镜(AFM)图，显示顶部MoS2、MoTe2以及底部MoS2的厚度分别约为16.2 nm、28 nm和17 nm。e)接触后及光照下T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2异质结的能带图及载流子传输示意。f)T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2异质结构器件在0 V下的垂直方向电势分布模拟结果。g)(f)中标示位置的垂直方向内建电场分布曲线。

图2.T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2异质结的光伏特性。a)T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2异质结在暗态下的Ids−Vds曲线，分别以线性和对数坐标表示y轴。b)器件在365–880 nm不同波长照射下的Ids−Vds曲线。c)在Vds=0 V时，器件在365–880 nm激发波长下的光电流。d)器件在638 nm光照下，不同光照功率下的I–V特性曲线。e)器件在638 nm光照下，不同光照功率条件下的时间分辨光响应曲线。f)器件在638 nm光照下，短路电流(Isc，左轴)与开路电压(Voc，右轴)随光强变化的关系。g)在Vds=0 V时，单次开/关切换曲线，用于评估上升时间和衰减时间。h)通过光通信系统，以ASCII码“NIR”传输的输入与输出信号。

图3.T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2 vdWH器件与MoS2/MoTe2 vdWH器件光电性能的比。a)MoS2/1T′-MoTe2 vdWH器件与T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2 vdWH器件在暗态下的I–V特性曲线。b)T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2 vdWH器件在光功率密度逐渐增加时的Ids分布图。c)MoS2/MoTe2 vdWH器件在光功率密度逐渐增加时的Ids分布图。d)ION/IOFF，e)光响应度(Responsivity)，f)外量子效率(EQE)，g)探测率(D*)，以及h)线性动态范围(LDR)在0 V、638 nm光照下随光功率密度的变化关系，对比T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2与MoS2/1T′-MoTe2 vdWH器件。i)T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2 vdWH与MoS2/1T′-MoTe2 vdWH器件在0 V、638 nm波长下单个周期的光响应曲线，用于估算上升时间与下降时间。

图4.T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2与MoS2/1T′-MoTe2 vdWH器件的偏振敏感特性表征。 a)T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2 vdWH器件的偏振依赖型自驱动光电流。b)在638 nm光照、零偏压下，T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2 vdWH器件的角分辨光电流极坐标图。c)MoS2/1T′-MoTe2 vdWH器件的偏振依赖型自驱动光电流。d)在638 nm光照、零偏压下，MoS2/1T′-MoTe2vdWH器件的角分辨光电流极坐标图。e)基于各向异性二维材料异质结的偏振敏感光探测器中，光响应度、响应时间及偏振比(PR)值的比较。

图5.在638 nm激光下的单像素偏振成像应用。 a)单像素偏振成像系统的示意图。b,c)实时光电流的原始数据采集及其对应位置的颜色映射图。d)计算偏振度(DOLP)的偏振成像机制示意图。e)T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2与MoS2/1T′-MoTe2器件在四个不同角度(0°、45°、90°和135°)下的偏振图像。f)T-MoS2/1T′-MoTe2/B-MoS2与MoS2/1T′-MoTe2 vdWH器件的DOLP偏振成像计算结果。