【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】電力設(shè)備放電故障的光學(xué)檢測具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、光譜信息豐富等優(yōu)勢，是電力設(shè)備絕緣狀態(tài)檢測領(lǐng)域的重要手段。以二硫化鎢(WS2)為代表的新型二維材料具有強(qiáng)烈的光與物質(zhì)相互作用和帶隙可調(diào)等優(yōu)勢，在放電故障的光學(xué)檢測領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。然而基于二維材料的光電器件仍存在器件光電轉(zhuǎn)換效率低、增益和響應(yīng)速度難以同步提升、泄漏電流和功耗顯著增大等問題，嚴(yán)重制約二維光電探測器的性能提升與實際應(yīng)用。
 

　　針對上述問題，西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院電工材料電氣絕緣全國重點(diǎn)實驗室孟國棟教授團(tuán)隊，設(shè)計制備了一種等離激元增強(qiáng)的鐵電柵控二維場效應(yīng)光電晶體管。首先通過時域有限差分法仿真優(yōu)選入射光場增強(qiáng)最大時的Au納米粒子粒徑，然后以二維WS2作為溝道，以鋁摻雜氧化鉿(Al:HfO2)超薄納米鐵電薄膜(~10 nm)作為柵介質(zhì)層，以Au納米粒子陣列作為光場增強(qiáng)層制備場效應(yīng)光電晶體管。通過引入等離激元，一方面利用共振增強(qiáng)效應(yīng)產(chǎn)生更多光生載流子，另一方面產(chǎn)生熱載流子提供額外光電導(dǎo)；通過鐵電剩余極化場取代外施柵壓，可實現(xiàn)在零柵壓條件下載流子濃度和接觸勢壘的有效調(diào)控，兩種機(jī)制協(xié)同提升器件的響應(yīng)靈敏度和光電轉(zhuǎn)換效率。同時，極化靜電場降低界面勢壘促進(jìn)載流子隧穿輸運(yùn)，降低載流子渡越時間，同步優(yōu)化器件光增益和響應(yīng)速度。結(jié)果顯示，零工作柵壓下，器件的比探測率提升至1.36×1014 Jones，響應(yīng)時間縮短至9.51 ms。研究成果為面向電力設(shè)備放電故障檢測的微弱光信號探測、低功耗光電傳感單元及高靈敏傳感陣列的設(shè)計與實現(xiàn)提供重要技術(shù)支撐。
 

　　近日，該研究成果以《等離激元增強(qiáng)的鐵電調(diào)控二維光電晶體管》(Plasmon-Enhanced Photodetection in Ferroelectric-Tunable Two-Dimensional Phototransistor)為題，以封面論文(Front Cover)的形式發(fā)表在國際知名期刊《先進(jìn)光學(xué)材料》(Advanced Optical Materials)。電氣工程學(xué)院博士生折俊藝為論文第一作者，電氣工程學(xué)院孟國棟教授為論文通訊作者，西安交通大學(xué)為本論文的唯一作者單位和通訊單位。本研究工作的順利開展得到了王寬誠教育基金、電工材料電氣絕緣全國重點(diǎn)實驗室基金、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目、以及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金的支持，也得到了西安交通大學(xué)分析測試共享中心的支持。
 

　　引用：西安交大孟國棟教授團(tuán)隊在高性能光電傳感器件領(lǐng)域取得重要進(jìn)展 西安交通大學(xué) 【引用時間：2026年10月15日】