科学家揭示多层MoS的工作机制₂ 宽光谱多波段响应光电探测器

MoS2作为一种典型的二维材料，由于其在垂直维度上的原子厚度，表现出独特的光学和电学性质，成为光电检测领域的研究热点

MoS2器件的性能在很大程度上取决于它们的材料特性、器件结构和制造技术。因此，MoS2器件的光电探测特性可以由各种物理效应决定，这有助于开发基于MoS2的宽带光电探测器

东南大学电子科学与工程学院的一个研究团队开发了宽带MoS2光电探测器，覆盖范围从410到1550 nm。通过一系列电学和光电子实验，揭示了MoS2器件多波段光学响应的工作机制

这项工作发表在《高级设备与技术》杂志上；仪器仪表

近年来，宽带光电探测器在光通信、成像、传输、传感、环境安全和监测等各个领域发挥了重要作用。二硫化钼（MoS2）是一种典型的二维材料，它是一种过渡金属二硫族化合物，因其优异的电学和光学性能以及易于加工而备受关注

然而，MoS2的带隙限制了其光电探测器的探测范围。为了拓宽MoS2光电探测器的响应范围，已经报道了各种化学处理方法。此外，MoS2探测器与光子纳米结构的集成能够增强和拓宽光响应

然而，无需化学处理即可制备的机械剥离MoS2光电探测器具有不可替代的优势。通过机械剥离实现过渡金属二硫族化合物的亚带隙光电检测已成为当前研究的热点。此外，二维材料光电探测器的性能与器件结构和制造方法密切相关

在本研究中，使用机械剥离方法制备了多层MoS2场效应晶体管（FET）光电探测器，显示出高达1550nm的宽光谱检测范围。实验结果表明，优化后的MoS2 FET具有更低的电阻和更稳定的栅极控制特性

通过在预转移过程中机械剥离多层MoS2，在480nm的光照下实现了高响应性和比检测率。该器件在410至800nm的入射光下表现出良好的输出和透射特性，并且具有光敏性。响应带宽可以扩展到1550nm，从而实现跨多个光谱区域的宽带响应

此外，还分析了该器件在不同波长下的载流子传输特性和时间相关响应。可见光检测基于光电导和光门控效应，而带隙以外的红外光检测主要依赖光热效应

东南大学的一个研究小组通过MoS2和Au之间的不同接触模式解释了转移前和转移后MoS2器件之间的不同电学特性。使用开尔文探针力显微镜观察了转移后MoS2-Au器件的MoS2-Au结处的表面电势差

基于SPD的测量结果和功函数的差异，发现MoS2的功函数比Au的功函数小约0.05eV。接触前后的能带图揭示了MoS2与Au界面处存在肖特基势垒，这导致了较差的电学行为。在预转移器件的情况下，MoS2-Au界面受到费米能级钉扎的影响，导致Au的功函数降低到低于MoS2的功函数。结果，在MoS2-Au界面处形成欧姆接触，降低了接触电阻并增加了电流

本研究提出了一种具有多波段光电探测能力的优化机械剥离多层MoS2背栅探测器。在优化的预转移制造工艺下，器件表现出改进的电荷传输性能

在不需要化学处理的情况下，MoS2探测器实现了超出MoS2带隙的宽光谱光电探测。该装置表现出33.75 a W的最大响应度；1在可见光（480nm）下，相应的比探测率为6.1倍；1011厘米高1/2瓦&负；1.可见光下的响应机制归因于光门控和光电导效应

此外，该器件在1550nm红外光下显示出响应，超过了带隙限制，这归因于光热效应引起的载流子浓度变化。该设备的宽带光电探测行为归因于可见光中的光电效应和红外光中的光热效应，为室温宽带探测提供了见解，并在红外隐身、机器视觉和环境监测等各个领域展示了巨大的潜力