当传统铁电材料遇见新型二维材料:光电探测的新思路

adma201503340-gra-0001-m近几年,面内以共价键成键、层间以弱范德瓦尔斯力结合的二维材料得到了广泛关注。这类二维材料中最引人注目的是石墨烯、黑磷(BP)及以二硫化钼(MoS2)为代表的过渡金属硫化物(TMDs)等。相对于石墨烯的零带隙,MoS2禁带宽度在1.2~1.8电子伏特之间,MoS2场效应管结构光电探测器对可见光有很强的光响应,在光电探测领域有很好的应用前景。然而,这种光导型二维材料光电探测器受限于二维材料背景载流子浓度,暗电流偏大,且带隙决定了其无法实现红外探测,限制了其在红外光电探测领域的应用。

最近,中国科学院上海技术物理研究所王建禄副研究员、胡伟达研究员将P(VDF-TrFE)铁电聚合物材料沉积在二维材料MoS2表面,利用铁电聚合物材料极强的铁电极化场,实现了对少层MoS2的完全耗尽。在光电特性表征中,他们发现这种超强局域场可使得MoS2原子晶格重新排布,禁带宽度变小。基于该结构,他们报道了MoS2材料在短波红外光电响应,研制出了高性能的可见-红外光电探测器件。研究发现该结构MoS2光电探测器具有高响应率(达到2570A/W),高探测率(2.2×1012 Jones),低功耗(0栅压),宽波段探测(可见-1550nm),快速响应等特点,相关成果近期发表于《Advanced Materials》上http://dx.doi.org/10.1002/adma.201503340)。

这种利用铁电极化局域场操控二维材料光电特性新方法,为推进二维材料在光电子器件及电子器件等领域的应用提供了新思路。

About 方 哲宇

北京大学物理学院凝聚态研究所“百人计划”研究员;主要研究表面等离激元在纳米尺度的聚焦调制、增强波导、及耦合光电探测,并利用近场光学、暗场光学显微等实验手段对其进行表征。更多信息请访问:http://www.phy.pku.edu.cn/~zhyfang/index.html