客户成果丨华南师范大学《APL》:界面工程策略——通过构建垂直结来降低二维光电探测器噪声并提高灵敏度

华南师范大学半导体科学与技术学院霍能杰课题组在高性能二维光电探测器研究领域取得最新进展,该研究成果以Interface engineering by constructing vertical junction for reduced noise and improved sensitivity in 2D photodetector 为题发表在Applied Physics Letters》上。

 

 

二维2D)材料已被证明是下一代光电探测器最有前途的材料,而较大的沟道电流仍然是光电探测器灵敏度的限制因素。在这项工作中,通过在二WS2沟道中构建一个垂直pn结和肖特基结,从而降低了暗电流和噪声谱密度,显著提高了灵敏度。具体来说WS2的底面p型碲Te)纳米线和金Au)条耦合,因此可以WS2/TeWS2/Au界面上分别构建一个垂直pnSchottky结。在这两种器件结构中,由WS2沟道中耗尽区的形成,暗电流和噪声谱密度都得到了很大的抑制。同时,结处的平面外内建电场可以促进光生电-空穴对的分离,从而产生更快的时间响应。对WS2/Au器件,入射光可以被底部Au反射并再次通WS2层传播,进一步提高了光吸收,从而提高了光电探测器的灵敏度。所设计WS2光电探测器的噪声光谱密度低5.36×10-14 AHz-1/2,比探测率D*)高1.12×1011 Jones,与原始器件相比提高1-2个数量级。这为实现二维光电探测器的低噪声、高灵敏度提供了一种有效的且通用的界面工程策略。

 

1所示为设计的两种器件结构的示意图以及两种器件结构的能带分析图。

1器件结构及分析。ab) WS2/Te光电探测器的示意图和光学显微镜图像(c) 耦合前WS2/Te异质结构的能带图。d-f) a-c) 相同,但对WS2/Au异质结构。

 

23分别为:Te耦合WS2与单WS2的光电性能对比图以及Au耦合WS2与单WS2的光电性能对比图。可以看到耦合后WS2的噪声谱密度降低1-2个数量级,比探测率提高1-2个数量级。

 

2 Te耦合的器件635 nm光照下的光电性能对比(a) WS2WS2/Te器件y轴对数坐标下I-V线 (b) Vds = 1 V时的噪声谱密 (c) 光电流Iph)作为入射光功率的函数以及由幂律方程得到拟合曲线 两种器件在不同光强下 (d) 比探测率 (e) 开关 (f)WS2TeWS2的响应时间。

 

3 Au耦合的器件635 nm光照下的光电性能对比(a) WS2WS2/Au器件y轴对数坐标下I-V线 (b) Vds = 1 V时的噪声谱密 (c) 光电流Iph)作为入射光功率的函数以及由幂律方程得到拟合曲线 两种器件在不同光强下 (d) 比探测率 (e) 开关 (f) WS2AuWS2的响应时间。

 

该工作中通过使 TuoTuo Technology 的无掩膜紫外光刻机得到了器件沟道。

 

作者信息介绍:华南师范大学半导体科学与技术学院硕士生杨亚妮为文章第一作者,霍能杰研究员为论文的通讯作者。

 

原文链接https://doi.org/10.1063/5.0200838

2024-10-12 10:42