近日，77779193永利官网先进电子材料与器件团队张阳教授和吴章婷副教授在光电探测领域取得重要进展。团队采用表面电荷转移掺杂调控的方法成功制备了高灵敏、低功耗和宽带响应的二维异质结光电探测器。相关成果以“High-Performance Self-Powered WSe2/ReS2 Photodetector Enabled via Surface Charge Transfer Doping”为题发表在国际顶级学术Top期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上（影响因子：9.5）（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2023, DOI:10.1021/acsami.3c10654）。我校77779193永利官网研究生湛亚新为第一作者，吴章婷副教授和张阳教授为共同通讯作者，杭州电子科技大学为第一单位。77779193永利官网郑梁教授、郑鹏副教授和郑辉副教授等参与了此项工作。
图1表面电荷转移掺杂的异质结光电二极管示意图
作为光电信号转换的重要元件，光电探测器被广泛应用光通信、光测量与探测、摄影等方面，对军事和国民经济的各领域有着显著的贡献。到目前为止，研究人员已开发出多种用于光电探测的二维异质结。然而，获得同时具有高性能和低功耗的二维材料异质结光电探测器仍然存在巨大的挑战。表面电荷转移掺杂作为一种用于高比表面积低维材料的新型掺杂方法，因其简单有效、不破坏晶格，且可实现多种类型的掺杂而备受关注。本研究创新性的将表面电荷转移掺杂用于调控二维异质结，设计了一个能实现自供电光探测的WSe2/ReS2 p-i-n光电二极管，其中掺杂的 WSe2作为 p 型半导体，未掺杂的 WSe2 作为本征层，而 ReS2作为 n 型半导体。在光伏模式下，p-i-n光电二极管的响应率为0.29 A/W，比检测率为8.02 × 1012琼斯，外部量子效率为46.29%，明显优于未掺杂器件。同时，p-i-n 结构扩大了耗尽区宽度，使光电响应时间达到 7.56/6.48 μs，-3 dB 截止频率超过 85 kHz，比未掺杂器件快了一个数量级。本项工作为高性能光电二极管的设计提供了一种崭新的思路。
图2 p-i-n光电二极管载流子输运、光开关、输出特性曲线、频率响应
先进电子材料与器件团队组建于2016年，负责人为张阳教授，2020年被认定为校学科交叉创新团队。本团队瞄准本领域前沿发展方向和国家战略需求，开展基础性、前瞻性和变革性的学术研究和技术发展，科研方向包括纳米真空电子器件、超级导体、量子纳米结构/二维半导体、传感阵列集成器件等。团队近年来承担了国家级科技项目、国家自然科学基金、省自然科学基金等重要课题多项，在《ACS Nano》、《Nano Research》《ACS Applied Materials & Interfaces》等国际有影响力的学术期刊发表SCI论文70多篇。本论文工作是团队在二维半导体器件方面的阶段性工作的重要体现。