原子级薄单层 MoS$_2$ 光电探测器的可扩展制备

基于合成生长的单层过渡金属二硫属化物的高质量光电探测器的可扩展制备，对于广泛的纳米光子学应用而言是高度期望且重要的。我们在此提出了一种在蓝宝石衬底上可扩展制备单层 MoS$_2$ 光电探测器的高效工艺，该工艺包括通过化学气相沉积 (CVD) 生长大规模单层 MoS$_2$，以及用于器件图形化和高质量金属电极制备的多步光刻。在每一个测量的器件中，我们观察到以下普遍特征：(i) 可忽略的暗电流 ($I_{dark}\leqslant10 fA$)；(ii) 归因于带边激子光学跃迁的 $\sim$1.9eV 和 $\sim$2.1eV 处的尖锐光电流峰；(iii) 由于源于 MoS$_2$ 的 van Hove 奇点 (van Hove singularity) 的激子吸收，光电流在 $\sim$2.5eV 以上迅速上升并在 $\sim$2.9eV 处达到峰值。我们观察到光电响应率的器件间差异较低 ($\leqslant 300\%$)。此外，我们观察到极快的上升时间 $\sim$0.5 ms，比其他已报道的基于 CVD 生长单层 MoS$_2$ (1L-MoS$_2$) 的光电探测器快三个数量级。可扩展的器件制备、超高灵敏度和高速的结合为光子学应用提供了巨大潜力。