超靈敏鉬基雙异質結光電晶體管

近期，中國科學院金屬研究所（簡稱“金屬所”）研究者提出了一種提高光增益的新方法，即以二硫化鉬（MoS2）爲通道，以氧化鉬（α-MoO3-x）爲接觸電極的一種超靈敏鉬基雙异質結光電晶體管，適合應用于光電探測器中。

具有原子級厚度和卓越光電特性的二維半導體材料在光電器件應用領域中展現出獨特的優勢。然而，二維材料的光吸收能力較弱，且在光電轉換過程中，一個入射光子只能激發一個電子—空穴對，因此器件的光探測能力不高。

爲了解决這個問題，提高光增益性的方法成爲了人們研究的熱點問題。一般來說，提高光增益主要有雪崩和光栅兩種方式：雪崩機制對材料能帶的匹配要求較高，且需要在高偏置電壓下工作；光栅機制由于電荷弛豫效應，會導致光電響應速度顯著降低。

因此，研究者使用二維MoS2作爲溝道材料、α-MoO3-x爲電極材料，在晶體管源端和漏端形成了MoS2/α-MoO3-x雙异質結，構築了具有不同種類源漏電極的光電晶體管，其中氧化鉬爲電極的器件光響應是金屬電極（Ti/Au）器件的3～4個數量級。

結合對材料能帶結構的光學表徵和理論計算，研究團隊還提出了雙异質結光致勢壘降低機制的器件工作原理，即在暗態下氧化鉬—二硫化鉬异質結形成大的肖特基勢壘，源端電子無法注入到溝道中，實現了超低暗電流和噪聲。在光照條件下，電子—空穴對在源端耗盡區生成，隨後在內建電場驅動下高效分離，載流子的濃度變化導致了源端電子勢壘的降低，實現了電子注入和光增益；注入的電子又可降低漏端電子勢壘，增大光電流，而這又進一步增强源極內建電場，從而實現了雙异質結間的正反饋效應，獲得了超高響應度和探測度。同時由于不使用陷阱束縛電荷，器件還具有高響應速度。

這項工作提出了一種具有普適性意義的提高光電探測器增益的方法，可推廣至其他二維材料體系，爲未來構建超靈敏光電探測器開闢了新思路。

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