超宽带响应(445 nm~2717 nm)的二硫化钼光电探测器

目前,基于半导体材料的光电探测器已被广泛应用并成为现代工业和科学的核心技术之一。在实际应用中,紫外或近红外半导体光电探测器技术趋于成熟,例如GaN, Si和Gi / PbS / InGaAs等探测器都已在生产、生活中应用广泛,然而中红外探测器的研究发展相对较慢。研究者们为了扩宽响应范围、满足更多实际应用,如中红外多光谱检测和可见数码相机等,着手开发一些新型窄带隙材料或者利用物理或化学方法改变原始材料的能带大小使其在较长波段有所响应。但现有半导体的探测器往往需要在极端温度下应用,从而提高其长波长的探测性能。

2004年,石墨烯的出现掀起了层状两维材料的研究热潮,但其零带隙特点使其室温下暗电流较大,只在低温下才能表现出较好的光电性能。二硫化钼(MoS2)被认为是一类重要的二维半导体材料,因其独特的能带结构、优异的物理性能和化学性能被广泛关注并研究。但受限于他的本征禁带宽度,无论是单层还是多层二硫化钼的光响应都局限在近红外区域,无法实现更长波段的探测。

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近日,来自山东大学晶体材料国家重点实验室的张怀金教授、陈延学教授及赵明文教授课题组合作,通过对多层二硫化钼薄膜中缺陷的理论设计和实验调控,有效的减小了其禁带宽度, 扩宽了光响应范围,使其光吸收区域理论上可到4.7 μm,并在此基础上对其光电性能进行研究,实验上实现了从445 nm到2717 nm的光电探测,成功将探测波段从近红外拓展至中红外波段。该二硫化钼光电探测器制作简单,室温可用,性能优良,是截止到目前室温下可实现的最宽响应光电探测器。

这种超宽带二硫化钼光电探测器的实现可有效应用在现代光通信,例如现代光电系统、照相机等,同时其利用的缺陷调制能带的方法也为低维半导体材料的光电研究提供了新的思路。相关论文在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201605972)上。