【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所光電前沿交叉部王俊研究員團(tuán)隊(duì)在利用光學(xué)操控技術(shù)實(shí)現(xiàn)金屬-半導(dǎo)體邊緣接觸方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Optical Manipulation-Prepared Edge-Contacted MoTe2-NbS2 Heterojunction Photodetectors for High-Performance, Self-Powered, and Consistent Broadband Detection”為題，作為封底文章發(fā)表于Small。
 

　　2D材料已被廣泛用于制備各種光電子器件。然而，由于二維材料的超薄特性，器件性能易受二維材料與金屬接觸界面影響。盡管頂部接觸結(jié)構(gòu)因制備工藝簡(jiǎn)單而最為常用，但范德瓦爾斯間隙的存在會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)金屬-2D半導(dǎo)體界面出現(xiàn)接觸穩(wěn)定性差等問題，嚴(yán)重制約器件性能。相比之下，邊緣接觸構(gòu)型憑借強(qiáng)軌道雜化、無肖特基勢(shì)壘和降低的隧穿勢(shì)壘等優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)更高效的電子注入能力和更低的接觸電阻。然而，傳統(tǒng)的邊緣接觸方案工藝復(fù)雜，加工過程可能伴隨材料的損傷，并且材料長時(shí)間暴露于不可控環(huán)境導(dǎo)致會(huì)器件性能衰退。探索新的具有快速、經(jīng)濟(jì)、高精度的方案，將為高性能光電探測(cè)器的制備帶來更多可能性，推動(dòng)光電探測(cè)技術(shù)向前發(fā)展。
 

　　研究人員提出，通過脈沖激光誘導(dǎo)干燥襯底表面納米片產(chǎn)生定向位移，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體與金屬的邊緣接觸。利用飛秒激光成功驅(qū)動(dòng)MoTe2和NbS2在襯底上的可控移動(dòng)，通過結(jié)合干法轉(zhuǎn)移技術(shù)和光操控技術(shù)，成功制備了與金屬電極邊緣接觸的異質(zhì)結(jié)MoTe2-NbS2異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器。
 

　　進(jìn)一步的，對(duì)探測(cè)器的光電性能進(jìn)行表征。在邊緣接觸構(gòu)型下，器件的全部光電流均源于結(jié)區(qū)貢獻(xiàn)，在900 nm波長處實(shí)現(xiàn)了2 A/W的響應(yīng)度、1.3×10? Jones的比探測(cè)率及278%的外量子效率。得益于異質(zhì)結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)光生載流子的高效分離，該探測(cè)器表現(xiàn)出超快響應(yīng)特性，上升/下降時(shí)間為30/46 μs，響應(yīng)帶寬達(dá)5.4 kHz。值得關(guān)注的是，器件在280–1380 nm寬光譜范圍內(nèi)均展現(xiàn)出優(yōu)異的光響應(yīng)性能，且在280–1200 nm區(qū)間內(nèi)響應(yīng)度保持穩(wěn)定，該特性有助于簡(jiǎn)化光譜標(biāo)定過程，實(shí)現(xiàn)多波長同步探測(cè)，降低系統(tǒng)集成復(fù)雜度。相比之下，頂部接觸構(gòu)型因響應(yīng)區(qū)域局限于金屬-半導(dǎo)體接觸區(qū)，肖特基勢(shì)壘導(dǎo)致的載流子輸運(yùn)限制使其響應(yīng)速度顯著降低至秒量級(jí)。
 

　　光學(xué)操控技術(shù)具有快速、精準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)和高性能等優(yōu)點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)金屬-半導(dǎo)體邊緣接觸提供新的方案。此外，該技術(shù)也為制造橫向異質(zhì)結(jié)、定制邊緣接觸結(jié)構(gòu)和調(diào)整異質(zhì)結(jié)界面區(qū)域提供了新的機(jī)會(huì)，從而為光電器件的未來發(fā)展注入了新的動(dòng)力。
 

　　相關(guān)研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。
 

　　圖1 利用光學(xué)操縱制備邊緣接觸MoTe2-NbS2異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器。a)光電探測(cè)器的制備過程。b)MoTe2-NbS2異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的光學(xué)圖像。