近期，我院廖蕾教授课题组与中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室胡伟达研究员课题组合作，在低维材料光电探测器研究取得多项重要进展。主要成果包括《Nano Letters》1篇以及《Advanced Functional Materials》2篇。该工作得到了国家自然科学基金委和科技部973及纳米专项的支持。

区别于常规的三维体材料半导体和半导体薄膜，半导体纳米线因其维度受限而展现出优异的光电特性，比如超高内禀光电增益、多阵列限光效应、以及亚波长尺寸效应等，在室温光电探测领域具有广泛应用前景。课题组研究人员制备了基于铁电局域场增强的单根纳米线边栅（side-gate）结构光电探测器，利用铁电材料PVDF极化所产生的超强静电场完全耗尽了纳米线中的背景载流子，显著抑制了探测器暗电流，大幅提高了探测器的灵敏度。研究结果表明铁电材料调控下的纳米线光电探测器可实现室温紫外-可见-近红外波段高灵敏光电探测。该项工作为室温高性能纳米线光电探测器的研究提供了一种全新思路。相关成果发表在国际权威刊物Nano Lett., 16, 2548-2555 (2016)以及Adv. Funct. Mater., (2016), DOI: 10.1002/adfm.201603152。论文第一作者为物理学院的博士生郑定山同学。

图1铁电局域场增强纳米线光电探测器结构示意图和暗电流抑制

图2 CdS纳米线紫外光电探测器

以二硫化钼（MoS2）及二硫化钨（WS2）为代表的过渡金属硫化物二维材料具有与Si、GaAs、InGaAs接近的半导体带隙，且带隙随厚度有显著变化，在新型光电探测领域具有广阔应用前景。课题组研究人员把传统浮栅存储器结构引入光电探测器，利用浮栅“捕获”（Program）和“释放”（Erase）载流子的特性，将沟道电子“存入”浮栅内，从而引入一种垂直局域电场，这种局域电场实现了对二维材料沟道的背景载流子的完全耗尽，显著降低了器件暗电流，提高了器件在弱光下的探测性能。利用浮栅结构实现二维材料高灵敏光电探测的新方法，为设计基于二维材料的光电子器件提供了新思路。相关成果发表在国际权威刊物Adv. Funct. Mater., 26, 6084-6090 (2016)。论文第一作者为物理学院的博士生龚帆同学。

图3基于浮栅存储器的光电探测器结构示意图和暗电流抑制

附全文链接：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b00104

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201603152/abstract

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201601346/full