據麥姆斯咨詢報道，近日，上海交通大學的科研團隊基于由金屬性NbSe?和半導體性MoS?組成的二維范德華(vdWs)異質結制備了柵極調制的自供電光電探測器。由于采用NbSe?/MoS?范德華異質結，器件在405~980 nm零偏置光照下的最大響應率為455.3 mA/W，探測率為1.9×1012 Jones，上升/衰減時間為17/18 μs，光譜靈敏度高。此外，在柵極電壓為40 V時，該器件的響應率和探測率約為-40 V時的7倍。這項研究證明了將二維金屬性NbSe?集成到范德華異質結高性能寬帶光電探測器用于近紅外成像和通信的巨大潛力。這項研究以“Realizing Ultrafast Respond Speed and High Detectivity for Gate-Modulated Self-Powered Photodetector with NbSe2/MoS2 van der Waals Heterostructure”為題發表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。
 

　　研究人員通過將NbSe?和MoS?垂直堆疊在300 nm SiO?/Si襯底上，構建了二維NbSe?/MoS?范德華異質結。圖1展示了NbSe?/MoS?異質結器件的表征。接著，研究人員在黑暗和明亮條件下測試了NbSe?/MoS?異質結器件的響應特性，相關結果如圖2所示。結果顯示，NbSe?/MoS?異質結光電探測器具有從可見光到近紅外波段的廣譜響應能力。
 

圖1 NbSe?/MoS?異質結器件的表征
 

圖2 NbSe?/MoS?器件的光電探測性能
 

　　此外，研究人員還通過施加柵極電壓來調制NbSe?/MoS?器件的光伏特性，相關結果如圖3所示。同時，研究人探究并對比了NbSe?/MoS?器件的相噪聲功率密度與頻率關系、響應時間以及穩定性等，相關結果如圖4所示。
 

圖3 施加柵極電壓調制NbSe?/MoS?器件的光伏特性
 

　　圖4 NbSe?/MoS?器件的的歸一化光電流函數、噪聲功率密度與頻率關系、響應時間和穩定性
 

　　為了解NbSe?/MoS?器件的光響應機制，研究人員深入探究了Au電極和NbSe?之間、NbSe?和MoS?之間的電位差異及能帶圖，相關結果如圖5所示。結果顯示，MoS?和Au之間形成肖特基結，光電流主要出現在MoS?與電極接觸的一側。最后，為探索NbSe?/MoS?異質結光電探測器在成像中的實際應用潛力，研究人員進一步研究了其在可見光下的成像能力。
 

圖5 NbSe?/MoS?器件的光響應機制
 

圖6 NbSe?/MoS?器件的成像應用
 

　　綜上所述，這項研究成果制備了NbSe?/MoS?范德華異質結構，該器件具有出色的光探測性能和柵極電壓可調性，通過實驗驗證了該器件的成像能力。這項研究重點介紹了NbSe?等二維金屬材料在光電子領域的潛在應用?；诙S范德華異質結的高性能、柵極可調諧、自供電光電探測器在未來的光電器件中顯示出巨大的前景。
 

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　　https://doi.org/10.1021/acsami.5c03415