El rendimiento de MoS₂ Los dispositivos dependen en gran medida de las características de sus materiales, las estructuras del dispositivo y las técnicas de fabricación. Por tanto, las características de fotodetección del MoS₂ Los dispositivos pueden estar determinados por varios efectos físicos, que contribuyen al desarrollo de MoS₂ de banda ancha. fotodetectores basados ​​en.

Un equipo de investigación de la Facultad de Ciencias e Ingeniería Electrónica de la Universidad del Sureste ha desarrollado MoS₂ de banda ancha Fotodetector, que cubre un rango de 410 a 1550 nm. A través de una serie de experimentos eléctricos y optoelectrónicos, el artículo revela el mecanismo de funcionamiento de la respuesta óptica multibanda del MoS₂ dispositivo.

El trabajo está publicado en la revista Advanced Devices &Instrumentation. .

En los últimos años, los fotodetectores de banda ancha han desempeñado un papel importante en diversos campos, como la comunicación óptica, la obtención de imágenes, la transmisión, la detección, la seguridad ambiental y la monitorización. Como material bidimensional típico, el disulfuro de molibdeno (MoS₂ ), un dicalcogenuro de metal de transición, ha atraído mucha atención debido a sus excelentes propiedades eléctricas y ópticas, así como a su facilidad de procesamiento.

Sin embargo, la banda prohibida de MoS₂ limita el rango de detección de sus fotodetectores. Ampliar el rango de respuesta de MoS₂ fotodetectores, se han informado varios métodos de tratamiento químico. Además, la integración de MoS₂ Los detectores con nanoestructuras fotónicas permiten una respuesta luminosa mejorada y ampliada.

Sin embargo, el MoS₂ exfoliado mecánicamente Los fotodetectores preparados sin necesidad de tratamiento químico poseen ventajas irremplazables. Lograr la fotodetección por debajo de la banda prohibida en dichoslcogenuros de metales de transición mediante exfoliación mecánica se ha convertido en un foco de investigación actual. Además, el rendimiento de los fotodetectores de materiales bidimensionales está estrechamente relacionado con las estructuras del dispositivo y los métodos de fabricación.

En este estudio, un MoS₂ multicapa El fotodetector de transistor de efecto de campo (FET) se preparó utilizando un método de exfoliación mecánica, exhibiendo un amplio rango de detección espectral de hasta 1550 nm. Los resultados experimentales demuestran que el MoS₂ optimizado FET exhibe una menor resistencia y características de control de puerta más estables.

Exfoliando mecánicamente MoS₂ multicapa Durante el proceso de pretransferencia, se logró una alta capacidad de respuesta y detectividad específica bajo una iluminación de 480 nm. El dispositivo presenta buenas características de salida y transmisión bajo luz incidente que oscila entre 410 y 800 nm y es fotosensible. El ancho de banda de respuesta se puede ampliar a 1550 nm, lo que permite una respuesta de banda ancha en múltiples regiones espectrales.

Además, se analizaron las características de transporte del portador y las respuestas dependientes del tiempo del dispositivo en diferentes longitudes de onda. La detección de luz visible se basa en los efectos fotoconductores y de fotoconexión, mientras que la detección de luz infrarroja más allá de la banda prohibida se basa principalmente en el efecto fototérmico.

Un equipo de investigación de la Universidad del Sudeste explicó las diferentes características eléctricas entre el MoS₂ previo y posterior a la transferencia. dispositivos a través de los diferentes modos de contacto entre MoS₂ y Au. La diferencia de potencial superficial (SPD) en el MoS₂ -Au unión de un MoS₂ post-transferencia El dispositivo se observó mediante microscopía de fuerza con sonda Kelvin.

Según los resultados de la medición de SPD y la diferencia en la función de trabajo, se encontró que la función de trabajo de MoS₂ es aproximadamente 0,05 eV más pequeño que el de Au. El diagrama de bandas de energía antes y después del contacto reveló la presencia de una barrera de Schottky en el MoS₂ -Au interfaz, lo que resultó en un comportamiento eléctrico inferior. En el caso de dispositivos de pretransferencia, el MoS₂ -La interfaz Au fue influenciada por la fijación del nivel de Fermi, lo que llevó a una reducción en la función de trabajo de Au por debajo de la de MoS₂ . Como resultado, se formó un contacto óhmico en el MoS₂ -Au interfaz, reduciendo la resistencia de contacto y aumentando la corriente.

Este estudio presenta un MoS₂ multicapa exfoliado mecánicamente optimizado. Detector de puerta trasera con capacidades de fotodetección multibanda. Bajo el proceso de fabricación optimizado previo a la transferencia, el dispositivo exhibe un rendimiento de transporte de carga mejorado.

Sin necesidad de tratamiento químico, el MoS₂ El detector logra una fotodetección espectral amplia más allá del MoS₂. banda prohibida. El dispositivo demuestra una capacidad de respuesta máxima de 33,75 A W ⁻¹ en luz visible (480 nm), con una detectividad específica correspondiente de 6,1×10 ¹¹ cmHz ^1/2 W ⁻¹ . El mecanismo de respuesta bajo luz visible se atribuye a los efectos fotoconductores y fotoconductores.

Además, el dispositivo muestra una respuesta a la luz infrarroja de 1550 nm, superando la limitación de banda prohibida, lo que se atribuye a la variación en la concentración de portadores provocada por el efecto fototérmico. El comportamiento de fotodetección de banda ancha del dispositivo se atribuye al efecto fotoeléctrico en luz visible y al efecto fototérmico en luz infrarroja, lo que proporciona información para la detección de banda ancha a temperatura ambiente y demuestra un potencial significativo en diversos campos, como el sigilo por infrarrojos, la visión artificial y el monitoreo ambiental. .