發(fā)布時(shí)間：2019-10-15 21:23

【摘要】：二維(2D)材料由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和新穎的物理化學(xué)性質(zhì),近幾年受到越來(lái)越多的關(guān)注.作為2D家族最耀眼的成員,2D半導(dǎo)體有可能實(shí)現(xiàn)多功能電子和光電子器件化.本文綜述了近幾年2D半導(dǎo)體光電探測(cè)器的研究進(jìn)展,討論和介紹了光電流產(chǎn)生的幾種機(jī)制以及評(píng)價(jià)光電探測(cè)器性能的重要參數(shù);總結(jié)了最近幾年發(fā)展的各種2D半導(dǎo)體光電探測(cè)器,其中包括單一2D半導(dǎo)體和它們的混合維度結(jié)構(gòu),以及幾種改善光電性能的策略.最后,對(duì)全文做了簡(jiǎn)單回顧并展望了該領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展方向.
【圖文】：

3135評(píng)述光電探測(cè)器性能的主要參數(shù);(3)綜述近幾年各種2D半導(dǎo)體材料及其復(fù)合結(jié)構(gòu)在光電探測(cè)器方面的研究;(4)總結(jié)改善2D材料光電性能的策略;(5)對(duì)全文進(jìn)行簡(jiǎn)單的總結(jié),并展望2D半導(dǎo)體光電器件未來(lái)的研究方向.1光電流產(chǎn)生的機(jī)制通常光電流產(chǎn)生機(jī)制可以分為:光電導(dǎo)效應(yīng)、光控效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)、光熱電效應(yīng)和光-輻射熱效應(yīng)5種.(1)光電導(dǎo)效應(yīng).光電導(dǎo)效應(yīng)是光電流產(chǎn)生最常見(jiàn)的機(jī)制,在這種機(jī)制中,半導(dǎo)體材料吸收光子產(chǎn)生外加的自由載流子,半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率升高(圖1)[22].圖1(a)和(b)分別表示半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fieldeffecttransistor,FET)在暗態(tài)和光照情況下的能帶圖.在暗態(tài)下,對(duì)FET施加一個(gè)偏壓(Vds),漏源極間將產(chǎn)生較小的電流Idark.在受到光子能量大于半導(dǎo)體帶隙的光照射下,半導(dǎo)體吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對(duì),并在偏壓作用下電子-空穴對(duì)分離,分別朝著相反的方向運(yùn)動(dòng),使得電流凈增加(Iphoto),如圖1(c),(d)所示.圖1(網(wǎng)絡(luò)版彩色)光電導(dǎo)效應(yīng)示意圖.(a)暗態(tài)下金屬-半導(dǎo)體-金屬能帶在外置偏壓下排布圖;(b)受到光子能量大于帶隙激發(fā)時(shí)的能帶排布圖;(c)暗態(tài)和光照下漏源電流-柵壓(Ids-Vg)關(guān)系;(d)暗態(tài)和光照下漏源電流-漏源電壓(Ids-Vds)關(guān)系[22]Figure1(Coloronline)Schematicofthephotoconductiveeffect.(a)Bandalignmentforasemiconductorphotodetectorunderanexternalbiasindark;(b)bandalignmentunderillumination;(c)Ids-Vgcurvesatdarkandunderillumination;(d)Ids-Vdstracesatdarkandunderillumina-tion[22]通常情況下,較大的偏壓有利于電子-空穴對(duì)的分離和傳輸.光生載流子的壽命影響著光增益(photogain,G)和響應(yīng)速度.假設(shè)在某個(gè)光電探測(cè)器中多數(shù)載流子為電子,在適中的

半導(dǎo)體材料及其復(fù)合結(jié)構(gòu)在光電探測(cè)器方面的研究;(4)總結(jié)改善2D材料光電性能的策略;(5)對(duì)全文進(jìn)行簡(jiǎn)單的總結(jié),并展望2D半導(dǎo)體光電器件未來(lái)的研究方向.1光電流產(chǎn)生的機(jī)制通常光電流產(chǎn)生機(jī)制可以分為:光電導(dǎo)效應(yīng)、光控效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)、光熱電效應(yīng)和光-輻射熱效應(yīng)5種.(1)光電導(dǎo)效應(yīng).光電導(dǎo)效應(yīng)是光電流產(chǎn)生最常見(jiàn)的機(jī)制,在這種機(jī)制中,半導(dǎo)體材料吸收光子產(chǎn)生外加的自由載流子,半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率升高(圖1)[22].圖1(a)和(b)分別表示半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fieldeffecttransistor,FET)在暗態(tài)和光照情況下的能帶圖.在暗態(tài)下,對(duì)FET施加一個(gè)偏壓(Vds),漏源極間將產(chǎn)生較小的電流Idark.在受到光子能量大于半導(dǎo)體帶隙的光照射下,半導(dǎo)體吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對(duì),并在偏壓作用下電子-空穴對(duì)分離,分別朝著相反的方向運(yùn)動(dòng),使得電流凈增加(Iphoto),如圖1(c),(d)所示.圖1(網(wǎng)絡(luò)版彩色)光電導(dǎo)效應(yīng)示意圖.(a)暗態(tài)下金屬-半導(dǎo)體-金屬能帶在外置偏壓下排布圖;(b)受到光子能量大于帶隙激發(fā)時(shí)的能帶排布圖;(c)暗態(tài)和光照下漏源電流-柵壓(Ids-Vg)關(guān)系;(d)暗態(tài)和光照下漏源電流-漏源電壓(Ids-Vds)關(guān)系[22]Figure1(Coloronline)Schematicofthephotoconductiveeffect.(a)Bandalignmentforasemiconductorphotodetectorunderanexternalbiasindark;(b)bandalignmentunderillumination;(c)Ids-Vgcurvesatdarkandunderillumination;(d)Ids-Vdstracesatdarkandunderillumina-tion[22]通常情況下,較大的偏壓有利于電子-空穴對(duì)的分離和傳輸.光生載流子的壽命影響著光增益(photogain,G)和響應(yīng)速度.假設(shè)在某個(gè)光電探測(cè)器中多數(shù)載流子為電子,在適中的偏壓下,電子相比空穴具有更高的遷移率,傳輸時(shí)間更短.因此,
【作者單位】： 華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料成形與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(51472097) 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFB0401100) 華中科技大學(xué)創(chuàng)新交叉重點(diǎn)團(tuán)隊(duì)自主創(chuàng)新基金(2015ZDTD038)資助
【分類(lèi)號(hào)】：TN36

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