局域静电栅极定义的少层黑磷 PN 结中的光伏效应

光伏效应是光能收集过程中基本的光 - 物质相互作用之一。在传统光伏太阳能电池中，光生载流子由 PN 结的内建电场提取，该 PN 结通常由半导体中的离子掺杂剂定义。在原子级薄半导体中，掺杂水平可通过场效应控制，无需在晶格中注入掺杂剂，这使得二维半导体成为实现电可调 PN 结的潜在材料。然而，大多数二维半导体材料不具备实现 PN 结所必需的双极 P 型和 N 型场效应输运特性。少层黑磷是最近分离出的一种二维半导体，具有直接带隙、高迁移率、高电流开关比和双极工作特性。在此，我们制备了具有分裂底栅和结晶六方氮化硼 (h-BN) 介电层的少层黑磷 (b-P) 场效应晶体管。我们演示了对器件中每个栅极上方局域载流子类型和密度的静电控制，将其电学行为从金属性调节至整流性。通过光照栅极定义的 PN 结，我们观察到零偏置光电流和显著的开路电压，我们将此归因于由结区内部电场驱动的电子 - 空穴对分离。由于该材料带隙较小，我们观察到波长高达 940 nm 的光照下产生的光电流和光电压，这对于近红外区域的能量收集应用具有吸引力。