Small Structures:基于2D过渡金属二硫化物的3D结构光电探测器

光电探测器能够将光信号转化为电信号,在生物成像、环境监测和光通信等方面都扮演着重要的角色。目前,商用的光电探测器大多是以硅材料为基础设计的,但由于硅材料间接带隙的特点,难以进行有效的光吸收。相比之下,二维层状半导体(如石墨烯和过渡金属二硫化物)由于具有高透明度、易加工性和结构可调性等重要性质,在光电领域备受关注。例如,石墨烯在室温下具有10000 cm2V-1s-1的高迁移率,过渡金属二硫化物(TMDC)则能通过改变层数来调整其能带结构。此外,高效光电探测器的发展不仅依赖于材料的特性,还取决于器件的结构,近年来报道的3D结构能实现对材料特性的增强与改变,包括强化光吸收、优化能带结构和调制电学特性等。

近日,韩国延世大学Jong-Hyun Ahn及合作者对3D结构TMDC光电探测器进行了综述,阐述了二维材料光学特性,讨论了TMDC基光电探测器的最新进展和不同类型3D结构在光电探测器中的使用,最后展望了该领域的发展前景和挑战。

在这篇综述文章中,作者首先讨论了二维材料石墨烯和TMDC的光学特性,包括透明度、吸收光谱、非线性光学以及材料层数对光学特性的影响。接着,作者阐述了TMDC和石墨烯的应变工程对其电学和光学特性的调节作用,如材料在拉伸和压缩应变下的能带结构和PL强度变化等。之后,作者回顾了不同类型的二维结构光电探测器的发展,包括基于石墨烯-TMDC异质结构、基于TMDC-TMDC异质结构和基于量子点-TMDC异质结构光电探测器,通过形成此类异质结构,TMDC基光电探测器的光响应性、探测率得到了明显的改进。最后,作者详细讨论了基于石墨烯/TMDC的3D结构光电探测器的最新研究进展。与传统的平面器件结构相比,通过揉皱、滚动、折叠和弯曲制备的3D结构系统具有更佳的稳定性、柔性、增强的光吸收和传输性能,并能够承受机械损伤和进行大面积器件制备。作者指出,这些基于3D-TMDC的光电探测器为未来的可穿戴电子产品开辟了道路,同时也面临着制造工艺复杂、成本高和重复性差等挑战。

3D-Structured Photodetectors Based on 2D Transition-Metal Dichalcogenide

Larionette P. L. Mawlong, Jong-Hyun Ahn*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202100149

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sstr.202100149

原创署名:潘奕辰