近年來，伴隨石墨烯研究發展而來的二維過渡金屬硫屬化合物（TMD）因其天然的半導體性，原子級的材料維度、超高的載流子傳輸能力等物理屬性而成為當前光電子領域的研究熱點。基於TMD的各類新穎器件被廣泛地應用於電子、光電、傳感等領域。作為一類典型的p型二維材料，二硒化鎢擁有達到350 cm−1 V−1 s−1的高遷移率以及1.6 eV的合適帶隙，是製備高靈敏光電探測器的理想材料。最近，基於二硒化鎢納米片的光電探測器被廣泛報導，然而由於其較弱的光吸收和較窄的光譜響應範圍，導致其光響應率不理想（0.02 –7 AW–1），嚴重限制了其在微弱光電信號探測領域的應用。另一方面，低成本硫化鉛量子點由於其極強的光吸收能力、溶液加工特性和可調的光響應特性被認為是柔性光電器件的明星候選材料，其被廣泛地應用於近紅外探測、光伏和光譜分析。美中不足的是硫化鉛量子點光電探測器的響應率被其本身的低載流子遷移率所限制，阻礙了其在光電探測領域的廣泛應用。
基於以上兩類器件的長期研究和積累，結合當前零維-二維雜化器件的研究現狀，華中科技大學武漢光電國家實驗室（籌）宋海勝和唐江教授研究團隊巧妙利用了二硒化鎢和硫化鉛量子點優越互補特性設計和實現了零維-二維協同工作的高性能光電探測器。這種構建策略將量子點的光吸收特性與二維材料的高遷移率相結合，構建了零維-二維器件結構與type-II的能帶結構，器件表現出超高的光響應度，達到了2×105 A/W，比單立材料製成的對應器件響應率高出了4個數量級。高響應率產生機制被證實來源於光致柵控效應。硫化鉛量子點能夠高效吸收入射光子，並將光生空穴注入到二硒化鎢導電溝道，而光生電子被俘獲在硫化鉛量子點層，延長了光生載流子壽命，從而對二硒化鎢起到光電導調控作用；同時，由於二硒化鎢的高遷移率，大大減少了光生載流子在導電溝道的渡越時間，提高了器件的增益。與已報導的類似（零維-二維）結構的器件相比，該器件表現出更低的暗電流與更高的開關比；在整個柵控電壓範圍內，不論是開態還是關態，該器件都可正常工作。研製的零維-二維雜化器件在表現出高響應度的同時也擁有高的比探測率（7×1013 Jones）和快速的響應速度（7 ms）；由於量子點的光敏特性，其光譜響應範圍也相應拓寬到近紅外範圍，實現紫外到近紅外的寬光譜探測。以上系列核心優勢使其在光電探測領域有著巨大的應用前景。該項研究不僅為高性能光電探測器的研製提供了新思路，也為光電探測領域豐富了材料的選擇性，拓寬了器件的應用範圍。
本論文已在線發表在Advanced Functional Materials （DOI: 10.1002/adfm.201603605）上。
中科院上海技物所基於浮柵結構低維材料光電探測器取得進展
高靈敏度二維有機晶體／石墨烯異質結光電探測器
基於薄層二硫化錸的超高響應率光電探測器
超快響應的自驅動有機無機複合鈣鈦礦光電探測器
（點擊以上標題可以閱讀原文）
MaterialsViewsChina
官方微信平臺
聚焦材料新鮮資訊
材料大牛VS新秀訪談
MVC論文排行榜每月新鮮出爐
熱愛科研的你還在等什麼，快加入我們一起微互動吧！！！
微信號：materialsviews
微博：materialsviews中國
歡迎個人轉發和分享，公眾號或媒體如需要轉載，請聯繫：
materialsviewschina@wiley.com
關注材料科學前沿，請長按識別二維碼
點擊左下角「閱讀原文」，閱讀Advanced Functional Materials原文