基于石墨烯-MoS2 异质结的超高增益光电晶体管
材料科学
2014-01-21 v2
摘要
石墨烯因其高载流子迁移率、宽带吸收和快速响应时间，在光电子学和光电探测应用中极具吸引力。然而，传统金属 - 石墨烯结器件中的光电子提取受限于其微小的结面积，典型光响应度低于 0.01 A/W。另一方面，二硫化钼 (MoS2) 的原子级薄层是一种具有直接且有限带隙的二维 (2D) 纳米材料，有望作为二维光吸收体。因此，这两种薄膜异质结的光电特性备受关注。利用化学气相沉积 (CVD) 生长大面积石墨烯的技术现已成熟，但大面积 MoS2 单层的生长仍具挑战性。本工作表明，利用 CVD 方法可实现大面积且连续的 MoS2 单层。石墨烯和 MoS2 层均可转移至目标衬底，从而使得即时且大规模的光电子应用成为可能。我们证明，基于石墨烯/MoS2 异质结的光电晶体管能够提供大于 10^7 A/W 的高光响应度，同时保持其超薄和平面结构。实验表明，电子 - 空穴对在 MoS2 层中经光吸收产生，随后在各层间分离。与基于金属 - 半导体接触传统内建电场模型的预期相反，由于石墨烯费米能级与 MoS2 导带的对齐，光电子被注入石墨烯层而非被困在 MoS2 中。能带对齐对垂直电场的存在非常敏感，该电场可能源于库仑杂质或施加的栅极电压，从而导致光响应度可调。
引用
@article{arxiv.1302.1230,
title = {Ultrahigh-Gain Phototransistors Based on Graphene-MoS2 Heterostructures},
author = {Wenjing Zhang and Chih-Piao Chuu and Jing-Kai Huang and Chang-Hsiao Chen and Meng-Lin Tsai and Yung-Huang Chang and Chi-Te Liang and Jr-Hau He and Mei-Ying Chou and Lain-Jong Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:1302.1230},
year = {2014}
}