硫化铟(In2S3)——具有宽谱响应光电探测性能的新型二维材料

近年来,全球兴起了一股新型二维材料研究的热潮。当厚度减薄至原子级,二维材料呈现出较强的光与物质相互作用、高透光性、优异的机械柔韧性和易于多功能化集成等优点,使其成为未来光电子器件领域最有潜力的材料之一。其中,宽谱光电探测器作为核心光电子器件,覆盖紫外至近红外光谱范围,广泛应用于光成像、光通讯、生物传感及检测等领域。不同于大多数报道的热门二维材料如二硫化钼(MoS2)和硫化铼(ReS2),硫化铟(In2S3)是一种天生的缺陷晶体材料,其特有的晶格缺陷赋予其特殊的光电性能——较宽的光谱响应范围,使其在宽谱光电探测领域显示出潜在的应用价值。然而,目前报道合成二维In2S3方法大多是液相法,表面存在大量杂质或残留物,严重限制了其在光电探测领域的应用。因此,寻找一种有效的方法实现高质量In2S3二维材料的可控合成将有助于促进其在光电子器件领域的实际应用。

近日,华中科技大学材料科学与工程学院翟天佑教授课题组首次通过化学气相沉积法在限域空间内成功获得了一种新型的高质量二维III-VI族半导体——硫化铟(In2S3),通过控制限域空间的大小,实现了In2S3二维材料大小、厚度及形貌的可控合成,基于In2S3二维材料的光电探测器件展现了优异的宽谱光响应性能。结果显示,该光电探测器可探测可见光至近红外光信号,光响应度可高达到137 A W-1,在脉冲光信号下响应速度可快至毫秒级(6 ms)。除此以外,正是由于In2S3晶格内部缺陷的存在,其光电流大小随光照功率的增加呈现有趣的线性变化。该项研究成果对进一步推动In2S3在宽谱光电子器件领域的应用具有重要意义,也为其他二维材料的可控合成提供新的思路。相关论文发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201702448)上。