客户成果丨江南大学《The Journal of Physical Chemistry C》：基于横向二碲化钼1T-2H-1T同质结的宽带光电探测器

二维层状二碲化钼(MoTe₂)纳米片在电子器件中的应用可以通过将其电极转变为金属相，形成1T-2H-1T异相同质结来增强。然而，这会导致在电极和通道之间形成结，从而降低器件的有效性。

为了解决这一问题，近期江南大学南海燕课题组提出了一种利用氧温和等离子体制备1T-2H-1T MoTe₂光电器件的新方法。透射电子显微镜测试和第一性原理计算已经证实，使用这种处理方法会导致一些Te原子的损失，降低该材料能带的同时产生了金属性质。在不同温度、波长下的电学和光电性能测试表明，使用940 nm激光照射，MoTe₂迁移率和响应性得到了改善，最大迁移率为30 cm²/V s，响应率为0.6 A/W，是本征率的25倍。该研究为利用二维材料精确、无损地制造光电器件提供了一种有效的相位工程技术。
  
南海燕课题组成员在硅衬底上通过机械剥离获得MoTe₂薄片，在该样品上，旋涂AZ5214E光刻胶后，使用托托科技的TTT-07-UV Litho-ACA无掩膜版紫外光刻机在衬底上光刻出了相应的电极图形，后续再通过一系列相关工艺，完成了器件的制备。

a）处理和制备器件用氧等离子体以制造异相结构的工艺流程示意图
(b)2H-1T相MoTe₂的拉曼成像
(c)未经处理和经过等离子体处理的MoTe₂器件在空气环境中的传输特性(I_ds-V_g)，源漏电压(V_ds)固定在1 V并且栅极电压(V_g)的变化在-40到40V之间

在这项研究中，南海燕课题组成员采用光刻和氧温和等离子体处理的方式来制备1T-2H-1T同质异质结构。随后，他们对这种结构与本征2H结构器件的电学和光电特性进行了对比分析。这种制备方法使得该器件与电极的接触产生了重大改变，导致流动性和开/关比的增强。此外，在沟道和电极之间的接触区域处形成的双结增强了光产生的电荷载流子的驱动能力，导致光电流在各种波长上有所增加。值得注意的是，在波长940nm的激光照射下，该器件产生了一个589mA/W的强响应。

图2 纯2H和异相均相结光电探测器的光电流

(a)本征与异相光电探测器相比在各种激光照射波长下（从左至右依次为:447、520、532、637 和 940  nm）输出的光电流曲线(V_g= 0 V)
(b)由纯2H MoTe₂通道和横向1T-2H-1T MoTe₂同质结组成的两个光电探测器在V_g = 0 V下不同激光功率的动态光响应曲线的比较
(c)在637nm激光照射下，光电流(I_ph)与功率的关系(P_in)，V_ds=1 V和V_g= 0 V
(d)在940 nm激光照射下，光电流(I_ph)和功率(P_in)之间的关系V_ds=1 V，V_g= 0 V
(e,f)实际D*和作为入射光强函数的EQE

综上所述，本研究所提出的方法引入了一种新的选择性相变技术，该方法用于制造平面异相结构，同时可以构建多功能的二维电子。
 
相关成果以“Broad-Band Photodetector Based on a Lateral MoTe₂ 1T-2H-1T Homojunction”为题发表于国际知名期刊《The Journal of Physical Chemistry C》上，也得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中央高校基础研究专项基金等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.3c05592