協會成員動態：復旦大學高分子科學系
自然出版集團《NPJ·二維材料和應用》：
魏大程課題組發現提高光電探測靈敏度的“巨光電柵效應”

　　近日，復旦大學高分子科學系、復旦大學聚合物分子工程國家重點實驗室魏大程團隊在高性能二維光電探測器件研究領域取得進展。相關研究成果以“二維范德瓦爾斯有機/二硒化鎢異質界面的巨光電柵壓效應”（Large Photoelectric-Gating Effect of Two-Dimensional van-der-Waals Organic/Tungsten Diselenide Heterointerface）為題在線發表于自然出版集團《NPJ·二維材料和應用》（NPJ 2D Materials and Applications, 2: 21; doi:10.1038/s41699-018-0066-2）。
　　二維過渡金屬硫屬化合物如二硫化鉬(MoS2)和二硒化鎢(WSe2)因強的光與物質相互作用、高載流子遷移率、帶隙可調、暗電流小等優點在光電領域有很大的應用潛力。然而由于二維材料高透光率的限制，基于本征材料的光電探測器靈敏度難以進一步提升。為解決這一問題，光柵效應被認為是實現高性能光電探測的有效方法，它可通過引入光吸收材料和二維材料形成異質結構來實現。界面電荷捕獲對實現光柵調控具有重要意義，但是目前仍缺乏捕獲過程的有效控制，異質結界面處難以積累較多的光生載流子，從而造成普通光柵調控提升的光響應靈敏度有限。
　　為了解決光柵調控存在的問題，進一步提高器件響應靈敏度，魏大程團隊開發了一種基于新原理（即“巨光電柵調控”）的光電探測器件。他們通過氣相沉積的方法在表面外延生長一種有機層，制備出二維有機/ WSe2異質結，發現該結構存在一種基于光柵與電柵協同作用的“巨光電柵壓效應”。異質結界面處具有載流子單向注入的勢壘，電柵可調控勢壘高度，從而顯著增強界面對電荷的捕獲能力，實現比普通光柵效應更高的光響應靈敏度。光響應靈敏度達到3.6×106 A/W，遠高于現有的二維異質結構光電探測器，比如PbS/WSe2 (2×105 A/W), PPh3/WSe2 (6.67×105 A/W), 石墨烯/WSe2/石墨烯 (0.01 A/W), MoS2/WSe2 (0.12 A/W), MoTe2 p-n 結 (5×10?3 A/W)等。文中還發現外延生長中足夠濃度的氣相有機分子有利于形成理想的二維范德瓦耳斯界面，是獲得“巨光電柵效應”是關鍵因素之一。
　　此外，基于“巨光電柵效應”，課題組開發了一種新型的光電探測器件，即電柵開關光電探測器。這種器件可以通過柵極電壓打開或關閉光電探測器，同時通過柵極電壓還可以調節響應電流的大小。總之，“巨光電柵效應”是一種設計光電探測器的新策略，不僅可以用于高性能光電探測器件，而且在新型光電器件研發領域也表現出巨大潛力。
　　以上相關成果發表在NPJ 2D Materials and Applications上，復旦大學高分子科學系、聚合物分子工程國家重點實驗室為第一單位，高分子科學系碩士生蔡智為第一作者，魏大程為通訊作者。

    （摘自復旦大學高分子科學系）