近期，中國科學(xué)院金屬研究所（簡(jiǎn)稱“金屬所”）研究者提出了一種提高光增益的新方法，即以二硫化鉬（MoS2）為通道，以氧化鉬（α-MoO3-x）為接觸電極的一種超靈敏鉬基雙異質(zhì)結(jié)光電晶體管，適合應(yīng)用于光電探測(cè)器中。
具有原子級(jí)厚度和卓越光電特性的二維半導(dǎo)體材料在光電器件應(yīng)用領(lǐng)域中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而，二維材料的光吸收能力較弱，且在光電轉(zhuǎn)換過程中，一個(gè)入射光子只能激發(fā)一個(gè)電子—空穴對(duì)，因此器件的光探測(cè)能力不高。
為了解決這個(gè)問題，提高光增益性的方法成為了人們研究的熱點(diǎn)問題。一般來說，提高光增益主要有雪崩和光柵兩種方式：雪崩機(jī)制對(duì)材料能帶的匹配要求較高，且需要在高偏置電壓下工作；光柵機(jī)制由于電荷弛豫效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致光電響應(yīng)速度顯著降低。
因此，研究者使用二維MoS2作為溝道材料、α-MoO3-x為電極材料，在晶體管源端和漏端形成了MoS2/α-MoO3-x雙異質(zhì)結(jié)，構(gòu)筑了具有不同種類源漏電極的光電晶體管，其中氧化鉬為電極的器件光響應(yīng)是金屬電極（Ti/Au）器件的3～4個(gè)數(shù)量級(jí)。
結(jié)合對(duì)材料能帶結(jié)構(gòu)的光學(xué)表征和理論計(jì)算，研究團(tuán)隊(duì)還提出了雙異質(zhì)結(jié)光致勢(shì)壘降低機(jī)制的器件工作原理，即在暗態(tài)下氧化鉬—二硫化鉬異質(zhì)結(jié)形成大的肖特基勢(shì)壘，源端電子無法注入到溝道中，實(shí)現(xiàn)了超低暗電流和噪聲。在光照條件下，電子—空穴對(duì)在源端耗盡區(qū)生成，隨后在內(nèi)建電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下高效分離，載流子的濃度變化導(dǎo)致了源端電子勢(shì)壘的降低，實(shí)現(xiàn)了電子注入和光增益；注入的電子又可降低漏端電子勢(shì)壘，增大光電流，而這又進(jìn)一步增強(qiáng)源極內(nèi)建電場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了雙異質(zhì)結(jié)間的正反饋效應(yīng)，獲得了超高響應(yīng)度和探測(cè)度。同時(shí)由于不使用陷阱束縛電荷，器件還具有高響應(yīng)速度。
這項(xiàng)工作提出了一種具有普適性意義的提高光電探測(cè)器增益的方法，可推廣至其他二維材料體系，為未來構(gòu)建超靈敏光電探測(cè)器開辟了新思路。
