科研进展简报

单层二硫化钼薄膜及银纳米颗粒对晶体管光响应性能的优化

来源:武汉光电国家实验室(筹)    作者:能源光子学功能实验室    发布时间:2017年07月03日

       因具有极高的开关比和较高的光响应率,基于单分子层厚度的半导体材料二硫化钼(MoS2)的光电探测器受到广泛关注。由于材料厚度极薄,在大气环境下,探测器的性能容易受到表面吸附杂质散射的影响。目前,提高器件性能的方式主要有以下两类:一是原位沉积生长高质量的介电层如Al2O3或HfO2对材料表面进行保护,此种方法成本较高,工艺难度较大;另一类是对材料表面进行修饰,如使用感光染料、量子点或者贵金属纳米颗粒。后者以其低成本、可实现功能的多样性而得到广泛的研究。

       在能源光子学功能实验室李露颖副教授、高义华教授的指导下,硕士生敬文魁等人基于局域表面等离子体共振效应(LSPR),通过在二硫化钼表面沉积银纳米颗粒,实现了响应率的大幅增强,并系统研究了响应率随银纳米颗粒粒径的变化趋势。结果表明,器件的响应率随银颗粒粒径的增加呈现先增后降的趋势,当银颗粒以25 nm为中心呈高斯分布时,响应率最高,达到了2.97×104 A/W,比没有修饰的器件的响应率增大了470%。这一结果与曾报道过的采用HfO2绝缘层封装的最高响应值5×104 A/W相当。另外,吸收谱随银颗粒粒径的变化趋势与响应率的变化非常吻合,有力地证实了LSPR效应在器件响应率增强过程中的核心地位。此方法简单地通过调节贵金属颗粒粒径,实现了较高的响应率增幅,可广泛应用于光电探测领域。

       2017年6月23日,该研究结果以论文 “Ag nanoparticles modified large area monolayer MoS2 phototransistors with high responsivity”发表在Optics Express (25, 13,14565 (2017)),研究工作得到了国家自然科学基金(51371085, 11304106, 11374110和11674113)等项目的资助。

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