發布時間：2023年1月18日
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信息時代的人工智能、物聯網等諸多新型應用都依賴于功能半導體器件和集成電路的發展。“后摩爾時代”的到來激發了多功能硅基集成器件的發展，其中，光電探測器是一個重要組成部分。目前主流光電探測器為硅基器件，難以實現寬光譜探測，響應率與探測率不能滿足需求。因此，為進一步提高探測率、響應率和探測范圍，光電探測器件在材料、結構和制備工藝等方面亟待改進。
新型二維半導體材料具有納米級超薄結構以及優異的電性能和光電性能，在光電探測領域極具應用潛力�；谛滦投S半導體材料的光電探測器在溝道材料革新的同時，也在器件結構與制備工藝等方面需要針對性優化。一般采用頂柵或背柵場效應晶體管作為探測器基本結構，并利用金屬電極與溝道半導體材料形成歐姆接觸提高光電探測性能，但歐姆接觸會導致暗電流與光電流同時增加。因此，進一步降低暗電流對實現高性能光電探測器具有重要意義。
近日，西安交通大學電子科學與工程學院電子陶瓷與器件教育部重點實驗室任巍教授和牛剛教授團隊利用機械剝離獲得少層二硫化鉬材料制備具有背柵結構和納米級溝道長度的光電晶體管，實現了較高探測率(＞1013Jones)和響應率(＞103A/W)。在光電探測性能研究中，研究團隊對405nm、520nm和650nm多波長光電響應均進行實驗驗證并實現良好的光電探測性能。
研究團隊闡明了二硫化鉬光電探測器高性能的原因，包括：（1）源/漏電極與二硫化鉬之間的肖特基接觸能夠有效降低器件暗電流，并且在光電響應特性中，通過光子引起肖特基勢壘降低進一步提高光照條件下的電流，從而提高光電探測器性能；（2）二硫化鉬材料在減小器件尺寸的同時，也具有降低短溝道效應的優勢，從而降低器件暗電流；（3）機械剝離法獲得的二硫化鉬具有良好的電特性，且背柵結構的器件使光敏層（即二硫化鉬）與入射光能夠實現直接相互作用，從而提高光電性能。
該成果以《肖特基接觸的多波長、高探測率二硫化鉬光電探測器》(Multiwavelength High-Detectivity MoS2 Photodetectors with Schottky Contacts)為題發表在《美國化學學會納米》(ACS NANO)上。西安交通大學牛剛教授和任巍教授為該論文的通訊作者，西安交通大學機械學院蔣莊德院士、趙立波教授為論文共同作者。論文的合作單位還包括美國加州大學洛杉磯分校。
西安交通大學電信學部電子學院電子陶瓷與器件教育部重點實驗室任巍教授、牛剛教授課題組長期從事“后摩爾”功能薄膜與硅的異質集成和非易失性存儲器件的研究。近年來在“后摩爾”時代綠色環保的無鉛介電、壓（鐵）電功能薄膜與集成器件方面取得了系列成果，研究論文已經發表于NatureCommun.、ACS Nano、IEEE Electron. Dev. Lett.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Sensor Actuat. B和J. Mater. Chem. C等期刊上。
來源：西安交大新聞網 2022.1.18