近日，我校電子信息學(xué)院先進電子材料與器件團隊張陽教授和吳章婷副教授在光電探測領(lǐng)域取得重要進展，成功制備了高靈敏、低功耗和寬帶響應(yīng)的二維異質(zhì)結(jié)光電探測器，相關(guān)成果以“MoS2/WSe2 vdW Heterostructures Decorated with PbS Quantum Dots for the Development of High-Performance Photovoltaic and Broadband Photodiodes”為題發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《ACS Nano》上（影響因子：15.881）。我校電子信息學(xué)院研究生曾培宇和東南大學(xué)王文輝博士為共同第一作者，吳章婷副教授、張陽教授和東南大學(xué)倪振華教授為共同通訊作者，杭州電子科技大學(xué)為第一單位。南京郵電大學(xué)于志浩教授、我校電子信息學(xué)院鄭鵬副教授、鄭輝副教授和鄭梁副教授、理學(xué)院蘇偉濤教授、材料與環(huán)境工程學(xué)院霍德璇教授等參與了此項工作。

圖1異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)和電流傳輸示意圖 

作為光電信號轉(zhuǎn)換的重要元件，光電探測器被廣泛應(yīng)用光通信、光測量與探測、攝影等方面，對軍事和國民經(jīng)濟的各領(lǐng)域有著顯著的貢獻。到目前為止，研究人員已開發(fā)出多種用于光電探測的二維異質(zhì)結(jié)。然而，獲得同時具有高性能和低功耗的二維材料異質(zhì)結(jié)光電探測器仍然存在巨大的挑戰(zhàn)。本研究創(chuàng)新性的將量子點與二維半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)相結(jié)合，設(shè)計了一個能實現(xiàn)自供電光探測的PbS QDs/MoS2/WSe2 范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，量子點的引入有效地增加異質(zhì)結(jié)的電子電流，表現(xiàn)出從405到1064 nm的寬帶光伏響應(yīng)，最大響應(yīng)率為0.76 A/W，比探測率為5.15×1011 Jones。尤為重要的是，器件的響應(yīng)速度不受量子點/二維材料異質(zhì)界面中多電子陷阱的限制，實現(xiàn)了43/48 μs的快速上升/衰減和超過10 kHz的-3dB截止頻率。本項工作為高性能光電二極管的設(shè)計提供了一種嶄新的思路。

圖2 異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖、光學(xué)圖片、光電流成像、光響應(yīng)率和頻率響應(yīng)

電子信息學(xué)院先進電子材料與器件團隊組建于2016年，負責(zé)人為張陽教授，2020年被認定為校學(xué)科交叉創(chuàng)新團隊。本團隊瞄準本領(lǐng)域前沿發(fā)展方向和國家戰(zhàn)略需求，開展基礎(chǔ)性、前瞻性和變革性的學(xué)術(shù)研究和技術(shù)發(fā)展，科研方向包括納米真空電子器件、超級導(dǎo)體、量子納米結(jié)構(gòu)/二維半導(dǎo)體、傳感陣列集成器件等。團隊近年來承擔(dān)了國家級科技項目、國家自然科學(xué)基金、省自然科學(xué)基金等重要課題多項，在《ACS Nano》《Nano Research》等國際有影響力的學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI論文70多篇。本論文工作是團隊在二維半導(dǎo)體器件方面的階段性工作的重要體現(xiàn)。