镍纳米颗粒在MoS2上的光电效应实现高性能可见-近红外光光检测
重点摘要
最近，中国科学院的Weimin Liu团队和西北工业大学的Weihong Qi团队发表了一项研究。
- 通过在MoS2中引入硫空缺，实现了缩小能隙，从而实现了宽带光检测。
- 在MoS2上装饰镍纳米颗粒引发了提高性能的光门效应。
- 在532和980纳米照射下，实现了21和1.38 A W−1的高灵敏度。
- 在532和980纳米照射下实现了9 × 1012和8.9 × 109 Jones的检测度。
- 利用镍纳米颗粒实现了更快的光响应时间。
- 这种纳米复合策略优化了MoS2中的缺陷工程，实现了高性能的宽带光检测器。
研究背景
二维硫化钼（MoS2）是光电应用中的有望材料，包括光检测器，具有高载流子迁移率、强光吸收和可调谦带隙等特性。通过在MoS2中引入硫空缺，可以通过缩小能隙并创建缺陷态来增强宽带光检测性能。然而，硫空缺也可能导致载流子捕获，进而降低光响应速度。过渡金属纳米颗粒如镍（Ni）可以与MoS2发生相互作用，但尚未探索镍纳米颗粒提高MoS2的光检测能力的潜力。这项工作旨在通过缺陷工程和镍纳米颗粒装饰来开发一种MoS2基光检测器，实现可见光和近红外波长下的增强灵敏度，光响应速度更快。纳米复合策略旨在克服MoS2中使用缺陷态的问题，实现高性能的宽带光检测器。
研究成果
- 热处理剥离的MoS2引入了比仅剥离更多的硫空缺，XPS和EPR数据证实了这一点。
- 硫空缺创造了缺陷态，通过缩小能隙实现了MoS2的宽带光检测。
- 在MoS2片上装饰镍纳米颗粒引发了无门光检测效应。
- 这种光门效应源于镍向MoS2的电荷转移，导致电子减少并积聚在镍纳米颗粒中。
- 利用Ni/MoS2器件实现了532纳米照射下21 A/W和980纳米照射下1.38 A/W的高灵敏度。
- 利用Ni/MoS2器件实现了532纳米照射下9 x 1012 Jones和980纳米照射下8.9 x 109 Jones的高检测度。
- 利用镍纳米颗粒实现了50毫秒的更快光响应时间，而532纳米照射下则为120毫秒。
- 光门效应抑制了陷阱辅助复合并增强了载子的传输，从而优化了灵敏度、响应度和响应速度。
- 性能改进在灵敏度、检测度和速度方面优于以前MoS2基光检测器的报告。
- 纳米复合策略成功优化了MoS2中的缺陷工程，实现了高性能的宽带光检测器。
研究方法
- 通过将MoS2片剥离自体晶体，使用胶带剥离。
- 通过湿浸镍前体溶液，然后H2还原热处理创建Ni/MoS2混合结构，在MoS2片上沉积镍纳米颗粒。
- 通过热处理过程在MoS2片中引入硫空缺。
- 通过将MoS2片转移到预先图案化的金电极的SiO2/Si基板上制作光电探测器器件。
- 在532纳米和980纳米激光照射下测量光电性能。进行XPS、拉曼、TEM等表征。
结论
总之，我们的研究成功地通过引入硫空缺并在MoS2多层光检测器中添加镍纳米颗粒，提高了光电性能。硫空缺实现了有效的近红外光检测，而光伏效应导致电子流入镍纳米颗粒，充当负电压门。由此产生的光门效应抑制了陷阱辅助复合并增强了载子的传输，从而优化了灵敏度、响应度和响应速度。这种新型的金属-半导体混合光检测机制提供了一种替代方案，可以减小缺陷工程的不利影响，实现高性能、宽波段光检测。
关键字：photodetector
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MoS2 器件的 I-V 曲线
MoS2 器件的时间依赖性光响应。
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