華科大在二維材料異質(zhì)結(jié)圖像傳感器方面取得新進(jìn)展

近日，《今日材料》（Materials Today）雜志在線發(fā)表了華中科技大學(xué)材料學(xué)院、材料成形與模具技術(shù)全國重點實驗室翟天佑教授和李淵教授團隊題為“二維垂直-橫向混合異質(zhì)結(jié)用于超靈敏光電探測和圖像傳感（Two-dimensional vertical-lateral hybrid heterostructure for ultrasensitive photodetection and image sensing）”的研究論文。 *hhPCYOm  
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基于二維層狀半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)構(gòu)允許在相鄰結(jié)區(qū)產(chǎn)生各種光電耦合效應(yīng)，從而產(chǎn)生有趣的電子和光電性質(zhì)，這對于補償單個材料的局限性以及進(jìn)一步提高其光電性能至關(guān)重要。一般來說，不同的二維材料既可以垂直堆疊形成垂直異質(zhì)結(jié)，也可以橫向拼接形成橫向異質(zhì)結(jié)。寬耗盡區(qū)和大界面面積是保證光生載流子生成以及電荷分離和輸運的兩個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征，然而目前基于傳統(tǒng)垂直和橫向構(gòu)型的二維異質(zhì)結(jié)存在界面面積和耗盡區(qū)不平衡的問題，嚴(yán)重限制了光生載流子的產(chǎn)生和分離，基于它們的各種光電器件仍然難以達(dá)到預(yù)期的性能。針對以上挑戰(zhàn)，翟天佑教授團隊提出一種具有橫向和垂直界面共存的Bi2Se3/Bi2SexOy混合異質(zhì)結(jié)，獨特的異質(zhì)結(jié)幾何形狀為異質(zhì)結(jié)提供了巨大的界面面積和寬的耗盡區(qū)，顯著提高了器件的整體光電性能，在紫外、可見到近紅外區(qū)域的寬光譜范圍內(nèi)均具有出色的圖像傳感能力。 'y
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通過對二維Bi2Se3材料進(jìn)行區(qū)域選擇性等離子體氧化，僅有表層Bi2Se3被氧化形成Bi2SexOy，即可制備二維垂直-橫向混合異質(zhì)結(jié)。此種橫向和垂直界面共存的混合異質(zhì)結(jié)不僅具有較大的界面面積，而且具有光生載流子的產(chǎn)生、分離和輸運所必需的寬耗盡區(qū)和強內(nèi)建電場，相比傳統(tǒng)橫向或垂直異質(zhì)結(jié)具有更強的電荷轉(zhuǎn)移和耦合效果（圖1）�；旌袭愘|(zhì)結(jié)內(nèi)部提供豐富多樣的載流子傳輸路徑，在激光照射時異質(zhì)結(jié)內(nèi)部橫向和垂直結(jié)界面處均發(fā)生明顯增強的電荷轉(zhuǎn)移和載流子分離，顯著提高了光電器件的整體光電性能，表現(xiàn)出明顯降低的暗電流和超快的光響應(yīng)速度(τrise=50 μs，τdecay=20 μs)。同時，得益于高光電流/暗電流比和快速開關(guān)速度，該光電探測器展示了出色的圖像傳感能力，可以在紫外、可見光到近紅外區(qū)域的寬光譜范圍內(nèi)以高分辨率記錄各種復(fù)雜的圖案。該研究成果為設(shè)計和制造二維異質(zhì)結(jié)的新穎幾何形狀提供了新思路，在未來的各種光電應(yīng)用中具有巨大的潛力。 DAZzc :1Aj  
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華中科技大學(xué)為該論文第一完成單位，材料學(xué)院博士生張娜為論文第一作者，翟天佑教授和李淵教授為論文共同通訊作者。材料學(xué)院趙英鶴副教授以及武漢理工大學(xué)吳勁松教授、合肥工業(yè)大學(xué)羅林保教授等共同參與該項研究工作。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（U22A20137、U21A2069、21825103）等項目資助。 (=hXt=hZ  
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論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.08.009