Advanced Functional Materials:基于二维双极性半导体构筑的栅压调控极性可转变光电二极管

响应度大小和极性均可调的光电传感元件是计算型光电传感器的理想结构单元。它可以通过增加信号的识别度来减少模数转换,从而实现信息的高效处理和识别。因此,探索并构筑可通过外场动态调控的新原理光伏型光电传感器,将有助于大幅提高光电子信号的处理能力,从而实现多态光电逻辑计算功能。

原子级厚度的二维层状材料的电学性能对外场作用非常敏感,是构筑可动态调控新原理器件的潜在材料之一。特别是,双极性二维半导体材料在外场调控下可实现p型和n型的动态切换,有利于实现光电器件的多态调控功能。北京科技大学张跃教授、张铮副教授研究团队采用非对称电极接触构筑了二维双极性WSe2同质结,研究了栅压对同质结中载流子类型及浓度的调控,实现了光电响应极性转变的新型光电器件。WSe2同质结二极管的理想因子约为1.23,光响应度达197 mA·W-1,响应时间约为120 μs。在正向栅压调控下,WSe2同质结二极管整流比达到105,光响应度达到227 mA·W-1光电转换效率提升至2.3 %。通过栅电场对二维双极性WSe2 在p型和n型的动态调控,器件的光电响应具备了独特的栅压可调特性,其光伏响应电流和响应电压均可实现正负极性的反转,成功研制出整流极性可反转的新型光电逻辑开关,实现了多态光电响应逻辑功能。

研究者们相信,此项研究将会推动二维双极性材料在光电逻辑器件中的应用,为设计新型光电器件提供新的思路。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials  (DOI:10.1002/adfm.202007559)