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Nano Res.│天津大学雷圣宾教授课题组：基于MoS₂-2DPI范德华异质结的高性能近红外光电探测器

作者：Nano Research 2022-08-10

本篇文章版权为雷圣宾教授课题组所有，未经授权禁止转载。

背景介绍

红外光电探测器能够将波长大于780nm的红外光变成可视化的信息，其在热成像、环境监测、军事导航等领域发挥着重要作用。目前，基于Si、Ge、InGaAs等的商用红外探测器因制备工艺复杂并且需要严苛的超低工作温度限制了未来的发展。而二维材料无悬挂键的钝化表面允许丰富的光敏材料通过范德华力集成异质结构，利用高迁移率的无机半导体作为导电沟道，复合具有理想吸收的光敏层，两者的结合在开发低成本、高性能的室温红外光电探测器领域具有很大潜力，有望解决传统红外光探测器所面临的问题。

成果简介

本文制备了基于单层MoS₂和二维聚酰亚胺薄膜的范德华异质结光晶体管(MoS₂-2DPI)并实现了优异的近红外光探测性能。其在900nm处的光响应度为390.5 A/W、比探测度为5.10×10¹² Jones，以及具有较快的光响应速度和405~1020 nm宽波段的光响应。机理探究结果表明该优越性能归因于2DPI较强的近红外吸收、MoS₂良好的载流子迁移率和异质结的II型能带排列，这确保了光生载流子的有效产生、分离和收集。

图文导读

图1. MoS₂-2DPI异质结光晶体管的制备流程图

图2. MoS₂和2DPI薄膜的形貌及结构表征

图3.（a）MoS₂-2DPI异质结光晶体管器件的结构示意图；（b）MoS₂-2DPI的近红外光探测机理图；（c），（d），（e），（f）不同条件下MoS₂及MoS₂-2DPI光晶体管的光电探测性能

图4. MoS₂-2DPI异质结光晶体管的光电探测性能研究。（a）响应度随入射光波长的变化趋势；（b），（c）光开关特性曲线；（d）栅压调控的响应度和比探测率变化趋势；（e）光电流和光开关比随入射光强的变化曲线；（f）响应度和比探测率随入射光强的变化曲线

作者简介

雷圣宾，天津大学教授，博士生导师。主要从事有机二维材料与器件、表面物理化学研究。在表面动态化学反应的调控，二维聚合物材料的界面合成及其在记忆存储器件及电催化、传感方面的应用研究中取得了系列成果，在Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., Adv. Mater., ACS Nano, Nanoscale, Chem. Comm., Chem. Eur. J.等杂志发表SCI收录论文140余篇。个人H因子38。

文章信息

Q. Luo, G. Feng, Y. Song, et al. 2D-polyimide film sensitized monolayer MoS₂ phototransistor enabled near-infrared photodetection. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-4438-8.