缪峰教授课题组在二维材料异质结光电器件领域取得重要研究进展

光电导效应是一种光照变化引起材料电导变化的基本物理现象。对于半导体材料，吸收大于带隙的入射光子能量后产生光生载流子，根据导致材料导电性的增强或减弱，光电导效应也相应分为正光电导和负光电导两种效应。这两种光电效应在低能耗、高频率响应光电器件等领域展现了重要的应用前景，也受到广泛的关注。如果能够在同一器件中同时实现正负两种光电导效应以及这两种效应之间的高效调控，将有望为发展新型光电探测器、高性能光电存储器等应用提供新的思路。

南京大学物理学院的缪峰教授（点击查看介绍）课题组近年来在二维材料及其异质结的电子器件（Nat. Commun., 2015, 6, 6991; Nat. Commun., 2015, 6, 8119; Nat. Commun., 2016, 7, 13142; Nat. Electron., 2018, 1, 130等）和光电器件（Nano Lett., 2016, 16, 2254; Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 1938; Sci. Adv., 2017, 3, e1700589等）等领域取得了一系列成果。在此基础上，该课题组近日首次在基于浮栅的范德华异质结中同时观察到正光电导和负光电导效应，并且实现了两种效应之间的栅压可控转换。该工作有望为开发基于范德华异质结的新型光电存储和光电探测器件提供技术基础。

在这项工作中，该课题组首先利用二维材料可控转移技术制备了具有浮栅结构的范德华异质结（如图a所示，图中ReS₂、h-BN、MoS₂分别作为沟道层、势垒层、浮栅层）。这种异质结表现出超过10⁷ 的高开关比、超过10⁴ s的阻态保持时间等优异的存储性能（如图b所示），以上特性来源于浮栅层对沟道层载流子浓度的有效调控。他们发现，光照也可以有效地控制沟道层与浮栅之间的载流子转移，从而同样实现对沟道载流子浓度的调控。控制载流子的转移过程有望实现正负光电导之间的相互转换。在实验过程中，他们对具有浮栅结构的异质结分别施加正负脉冲栅压，撤去脉冲后，器件分别展示出正光电导和负光电导效应（图c，蓝色线代表正光电导效应，红色线代表负光电导效应），两种效应之间可以通过栅压调控来实现相互转换。进一步的研究发现，在不同功率的光照射下，器件可以保持在不同的电导状态。基于这种负光电导效应，该课题组提出了一种多态光存储器件模型（图d），表现出该类器件在未来低功耗多态光电存储领域的应用潜力。

图（a）基于浮栅的ReS₂/h-BN/MoS₂范德华异质结光电晶体管器件；（b）器件的存储性能、高开关比（超过10⁷）、长保持时间（超过10⁴ s）；（c）栅压调控的正光电导和负光电导效应；（d）基于负光电导的多态光存储器件模型读出电流和存储态的对应关系：“0”代表无光照射时的读出电流，“1”、“2”、“3”对应不同功率的光照射10 s，撤去光照后的读出电流。

该工作于近日发表在纳米材料和器件领域重要期刊ACS Nano 上，南京大学物理学院的博士生王雨和前博士后刘尔富为共同第一作者，南京大学的缪峰教授和梁世军副研究员为该工作的共同通讯作者。该工作得到中科院上海技术物理所胡伟达研究员课题组的实验协助，并得到微结构科学与技术协同创新中心的支持以及国家杰出青年科学基金、科技部“量子调控”国家重大科学研究计划（青年科学家专题）项目、江苏省杰出青年基金、国家自然科学基金等项目的资助。

该论文作者为：Yu Wang, Erfu Liu, Anyuan Gao, Tianjun Cao, Mingsheng Long, Chen Pan, Lili Zhang, Junwen Zeng, Chenyu Wang, Weida Hu, Shi-Jun Liang and Feng Miao

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Negative Photoconductance in van der Waals Heterostructure-Based Floating Gate Phototransistor

ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b04885

导师介绍

缪峰

http://www.x-mol.com/university/faculty/43016

课题组主页

http://nano.nju.edu.cn/