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       二維（2D）材料在未來(lái)的電子和光電器件中具有廣闊的應(yīng)用前景。特別是，基于二維材料的光電探測(cè)器由于其優(yōu)異的光電探測(cè)性能而得到了廣泛的研究。由于其優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)特性，二維硒化銦（α-In₂Se₃）是一種很好的光電探測(cè)應(yīng)用材料。此外，α-In₂Se₃樣品，包括原子厚度的α-In₂Se₃層，呈現(xiàn)鐵電性質(zhì)。在此，我們報(bào)道了多層石墨烯(Gr)/α-In₂Se₃/Gr基鐵電半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FeS-FETs)的制備及其電學(xué)和光電性能。我們還討論了影響Gr/α-In₂Se₃/Gr異質(zhì)結(jié)構(gòu)中電子和光電子輸運(yùn)的物理機(jī)理。在傳輸特性曲線中觀察到較大的遲滯，這歸因于MTL α-In₂Se₃的鐵電極化和載流子俘獲-去俘獲效應(yīng)。所制備的FeS-FETs的光電性能取決于α-In₂Se₃的鐵電特性，并且可以容易地進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到10 AW^-1的最大光響應(yīng)率和4.4x10¹²cmHz^1/2W^-1的最大比探測(cè)率。
 
  
圖1. 制備的多層（MTL）石墨烯Gr/α-In₂Se₃/Gr器件的(a)示意圖和(b)掃描電鏡圖（SEM）。(c)MTL Gr和α-In₂Se₃的原子力顯微鏡（AFM）圖像。(d)使用地形分析確定的二維漏極MTL Gr觸點(diǎn)（紅色）、MTL In₂Se₃觸點(diǎn)（綠色）和源MTL Gr觸點(diǎn)（藍(lán)色）的厚度。I_DS、V_DS和V_GS分別表示漏極電流、漏源電壓和柵源電壓。 
 
 
圖2. (a)不同柵源電壓(V_GS)下Gr/α-In₂Se₃/Gr器件的漏極電流(I_DS)-漏源電壓(V_DS)。插圖中包括Gr/α-In₂Se₃/Gr器件在3、4和5 V的V_DS時(shí)的傳輸特性曲線。(b) I_DS- V_DS在不同激光功率密度下的特征。V_BG表示背柵電壓。
 
  
圖3. (a)在黑暗和不同激光功率密度下，石墨烯(Gr)/α-In₂Se₃/Gr基鐵電半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極電流(I_DS)–背柵電壓(V_BG)傳輸特性曲線，以及在不同激光功率密度時(shí)(b)光電流(I_PH)，(c)光響應(yīng)(R_l)和(d)比探測(cè)率(D^*)對(duì)V_BG的依賴性，V_DS為1V。
 
 
圖4. (a)漏極電流(I_DS)和(b)光電流(I_PH)對(duì)背柵電壓(V_BG)和正反向激光功率密度的依賴性，V_DS為5V。(c)Gr/α-In₂Se₃/Gr器件在不同操作條件下垂直方向的能帶圖，說明了電偶極極化對(duì)電子輸運(yùn)的影響。其中Gr和MTL分別表示石墨烯和多層膜，V_FB和E_f分別表示平帶電壓和費(fèi)米(Fermi)能級(jí)。
 
 
圖5. (a)光響應(yīng)(R_l)和(b)比探測(cè)率(D^*)對(duì)背柵電壓(V_BG)和正反向激光功率密度的依賴性，V_DS為5V。
 
        相關(guān)研究成果由朝鮮大學(xué)電機(jī)工程系A(chǔ)bdelkader Abderrahmane等人于2021年發(fā)表在J Mater Sci: Mater Electron (https://doi.org/10.1007/s10854-021-06528-8)上。原文：Tunable optoelectronic properties of a two-dimensional graphene/α-In₂Se₃/graphene-based ferroelectric semiconductor field-effect transistor。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)