基於二維硒氧化鉍材料的超靈敏光電晶體管

高遷移率二維半導體是製備高性能二維光電器件的重要基礎,然而目前二維半導體(諸如過渡金屬硫屬化合物)的性能仍有待進一步提高。同時可以批量製備的化學氣相沉積法(CVD)製備的二維半導體的性能更是差強人意。近來發現的一類新的二維高遷移率(室溫下約為450 cm2V-1S-1)半導體硒氧化鉍(Bi2O2Se),不僅可以通過化學氣相沉積法制備,同時還有很好的穩定性,在二維光響應探測器領域有很好的應用前景。然而由於材料偏n型的性質,導致其在零柵壓的情況下,暗電流比較大(幾百nA),這將導致器件的較低開關比和低靈敏度,同時在關閉狀態仍有較大的功耗。


基於二維硒氧化鉍材料的超靈敏光電晶體管


最近,新加坡南洋理工大學劉政副教授課題組與電子科技大學劉富才教授課題組合作,通過發展一種採用聚苯乙烯(Polystyrene,PS)膜結合去離子水(DI water)的轉移方法,克服了傳統方法(聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜結合氫氟酸(HF))轉移過程中HF對樣品的刻蝕,成功在二氧化硅/硅襯底上獲得高質量硒氧化鉍材料。在硅襯底上,硒氧化鉍光響應器件不僅維持了較高的光響應度(3.5×104 AW-1)和光增益(8×104)。同時得益於硅襯底的底柵結構,暗電流在負柵壓的作用下可以被調節到pA量級,從而實現了較高的開關比(~107)和靈敏度(9×1013 Jones)。這比此前報道的基於化學氣相沉積法合成的二維半導體的光響應器件要高出兩個量級。與此同時,轉移到硅襯底的硒氧化鉍材料將有機會與目前成熟硅基材料以及工藝結合,從而大大拓寬其電子與光電器件方面的應用。


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