Small Structures:二维过渡金属硫族化合物异质结光电探测器的能带结构工程

近年来,二维过渡金属硫族化合物(TMD)因其具有光-物质相互作用强、带隙可调、原子层厚度可调、柔韧性好等优点,被认为是未来光电探测器的优选材料。然而,由于单一材料的响应性较差、响应速度慢、探测波段有限,目前它们在实际光电探测器中的大量应用仍然受到限制。将TMD与其它光敏材料相结合制备TMD异质结是提高整体光电性能的有效途径。而异质结的界面能带结构排列对优化载流子传输路径和提高电荷分离速率,同时提高响应率、响应速度和扩大探测范围起着至关重要的作用。因此,对TMD异质结的能带结构及其排列原理的基本认识,对于设计和制备新型的先进光电探测器具有重要意义。

基于此,华中科技大学材料科学与工程学院翟天佑教授、李渊教授等人从异质结界面能带构筑及其光电子激发和传递的基本原理出发,综述了二维TMD异质结光电探测器功能调控和性能提升的最新研究进展,相关论文在线发表在Small Structures上(DOI:10.1002/sstr.202000136)。该文章主要基于二维TMD异质结构光探测器的能带对准工程进行了详细的综述。根据TMD异质结构对光电探测器的功能调制以及电荷转移机制的不同,将其能带结构分为四类。这些类别包括TMD与零带隙材料、窄带隙半导体、中带隙半导体和宽带隙半导体之间构造的能带结构。通过总结各类异质结的最新研究工作,详细叙述了相应的能带对准原理和电荷转移机理。尤其是在各种最新研究的基础上,将电荷转移原理应用或扩展到实际的光电探测器中,以实现其特定功能的调控(如调控响应波段、扩大探测范围等)和性能提升(如增加探测度、减少响应时间等)。