Le prestazioni di MoS₂ i dispositivi dipendono fortemente dalle caratteristiche dei materiali, dalle strutture dei dispositivi e dalle tecniche di fabbricazione. Pertanto, le caratteristiche di fotorilevamento del MoS₂ i dispositivi possono essere determinati da vari effetti fisici, che contribuiscono allo sviluppo del MoS₂ a banda larga fotorivelatori basati su.

Un gruppo di ricerca della scuola di scienza e ingegneria elettronica della Southeast University ha sviluppato MoS₂ a banda larga fotorilevatore, che copre un intervallo da 410 a 1550 nm. Attraverso una serie di esperimenti elettrici e optoelettronici, l'articolo rivela il meccanismo di funzionamento della risposta ottica multibanda del MoS₂ dispositivo.

Il lavoro è pubblicato sulla rivista Advanced Devices &Instrumentation .

Negli ultimi anni, i fotorilevatori a banda larga hanno svolto un ruolo importante in vari campi come la comunicazione ottica, l'imaging, la trasmissione, il rilevamento, la sicurezza ambientale e il monitoraggio. Come tipico materiale bidimensionale, il disolfuro di molibdeno (MoS₂ ), un dicalcogenuro di metallo di transizione, ha attirato molta attenzione grazie alle sue eccellenti proprietà elettriche e ottiche, nonché alla sua facilità di lavorazione.

Tuttavia, il gap di banda di MoS₂ limita il raggio di rilevamento dei suoi fotorilevatori. Per ampliare la gamma di risposta di MoS₂ fotorilevatori, sono stati segnalati vari metodi di trattamento chimico. Inoltre, integrazione di MoS₂ i rilevatori con nanostrutture fotoniche consentono una risposta alla luce migliorata e ampliata.

Tuttavia, MoS₂ esfoliato meccanicamente i fotorivelatori preparati senza necessità di trattamento chimico presentano vantaggi insostituibili. Il raggiungimento del fotorilevamento sub-bandgap nei dicalcogenuri dei metalli di transizione attraverso l'esfoliazione meccanica è diventato un obiettivo della ricerca attuale. Inoltre, le prestazioni dei fotorilevatori di materiali bidimensionali sono strettamente correlate alle strutture del dispositivo e ai metodi di fabbricazione.

In questo studio, un MoS₂ multistrato Il fotorilevatore a transistor ad effetto di campo (FET) è stato preparato utilizzando un metodo di esfoliazione meccanica, esibendo un ampio intervallo di rilevamento spettrale fino a 1550 nm. I risultati sperimentali dimostrano che il MoS₂ ottimizzato Il FET presenta una resistenza inferiore e caratteristiche di controllo del gate più stabili.

Esfoliando meccanicamente il multistrato MoS₂ durante il processo di pre-trasferimento, sono state raggiunte un'elevata reattività e una rilevabilità specifica con un'illuminazione a 480 nm. Il dispositivo presenta buone caratteristiche di uscita e trasmissione sotto luce incidente compresa tra 410 e 800 nm ed è fotosensibile. La larghezza di banda di risposta può essere estesa fino a 1550 nm, consentendo una risposta a banda larga su più regioni spettrali.

Inoltre, sono state analizzate le caratteristiche di trasporto della portante e le risposte dipendenti dal tempo del dispositivo a diverse lunghezze d'onda. Il rilevamento della luce visibile si basa sugli effetti fotoconduttivi e fotogating, mentre il rilevamento della luce infrarossa oltre il gap di banda si basa principalmente sull'effetto fototermico.

Un gruppo di ricerca della Southeast University ha spiegato le diverse caratteristiche elettriche tra MoS₂ prima e dopo il trasferimento dispositivi attraverso le diverse modalità di contatto tra MoS₂ e Au. La differenza di potenziale superficiale (SPD) al MoS₂ -Giunzione Au di una MoS₂ post-trasferimento dispositivo è stato osservato utilizzando la microscopia a forza con sonda Kelvin.

Sulla base dei risultati della misurazione di SPD e della differenza nella funzione lavorativa, si è riscontrato che la funzione lavorativa di MoS₂ è circa 0,05 eV più piccolo di quello di Au. Il diagramma delle bande di energia prima e dopo il contatto ha rivelato la presenza di una barriera Schottky al MoS₂ -Interfaccia Au, che ha comportato un comportamento elettrico inferiore. Nel caso dei dispositivi di pretrasferimento, il MoS₂ -L'interfaccia Au è stata influenzata dal pinning del livello di Fermi, portando ad una riduzione della funzione lavoro di Au al di sotto di quella di MoS₂ . Di conseguenza, si è formato un contatto ohmico al MoS₂ -Interfaccia Au, riducendo la resistenza di contatto e aumentando la corrente.

Questo studio presenta un MoS₂ multistrato esfoliato meccanicamente ottimizzato rilevatore back-gate con funzionalità di fotorilevamento multi-banda. Grazie al processo di fabbricazione pre-trasferimento ottimizzato, il dispositivo mostra prestazioni di trasporto della carica migliorate.

Senza la necessità di trattamenti chimici, il MoS₂ il rivelatore raggiunge un'ampia fotorivelazione spettrale oltre il MoS₂ banda proibita. Il dispositivo dimostra una reattività massima di 33,75 A W ⁻¹ alla luce visibile (480 nm), con una corrispondente sensibilità specifica di 6,1×10 ¹¹ cm Hz ^1/2 W ⁻¹ . Il meccanismo di risposta alla luce visibile è attribuito agli effetti fotogating e fotoconduttivi.

Inoltre, il dispositivo mostra una risposta alla luce infrarossa a 1550 nm, superando la limitazione del bandgap, attribuita alla variazione della concentrazione del portatore causata dall'effetto fototermico. Il comportamento di fotorilevamento a banda larga del dispositivo è attribuito all'effetto fotoelettrico nella luce visibile e all'effetto fototermico nella luce infrarossa, fornendo approfondimenti per il rilevamento a banda larga a temperatura ambiente e dimostrando un potenziale significativo in vari campi come la furtività a infrarossi, la visione artificiale e il monitoraggio ambientale .