Photocurrent at oblique illumination and reconstruction of wavefront direction with 2d photodetectors
Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；Vienna University of Technology（维也纳工业大学）；Institute of Solid State Physics RAS（俄罗斯科学院固体物理研究所）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
研究通过二维光电探测器在斜射光下产生零偏光电流，并利用载流子密度变化重构入射方向，揭示了金属-二维电子系统接触的电动力学特性。
2026-04-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Gate controlled photocurrent generation mechanisms in high-gain In2Se3 phototransistors
结合范德华材料的光电探测器中的光电流通常由在操作期间同时发生的光电流产生机制的组合产生。因此，这些器件的响应时间通常会屈服于无法关闭的较慢的高增益过程。在这里，我们报告的光电探测器，将层状材料In 2 Se 3，它允许完全调制的高增益，photogating机制在ON状态有利于快速光电导在OFF状态。虽然光电导在很大程度上与栅极无关，但通过施加背栅电压来强烈调制来自光电门效应的光电流。通过改变背栅，我们证明了对光电流产生的主导机制的控制。此外，由于强大的光选通效应，这些直接带隙多层光电晶体管产生（9.8 +- 2.5）x 10^4 A/W的超高增益和（3.3 +- 0.8）x 10^13 Jones的推断探测率，使In 2Se 3成为迄今为止研究的最灵敏的光电探测2D材料之一。
2015-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visible and infrared photocurrent enhancement in a graphene-silicon Schottky photodetector through surface-states and electric field engineering
高效的石墨烯-硅（GSi）肖特基结光电探测器的设计需要详细了解的光响应的空间起源。扫描光电流显微镜（SPM）的研究已经进行了在可见光波长区域，其中由于硅的响应是占主导地位的。在这里，我们提出了比较SPM的研究，在可见光（$λ$ = 633 nm）和红外（$λ$ = 1550 nm）波长区域的GSi肖特基结光电探测器架构的数量，揭示了硅和石墨烯为主的响应，分别的光响应机制，并证明了静电对设备性能的影响。与石墨烯-硅结的本体相比，石墨烯边缘处的局部电场增强导致光响应增加十倍以上。这种石墨烯边缘的有意设计和图案化被证明是提高器件整体光响应的有效策略。补充模拟和建模阐明了观察到的效果，并强调了在器件设计中考虑石墨烯的形状和图案以及器件几何形状的重要性。
2019-01-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Junction-less nanowire based photodetector: Role of nanowire width
增强的光电流被证明在无结光电探测器与纳米线嵌入其通道。所制造的光电探测器包括一个大面积的入射光的有效吸收与能带工程实现在纳米线。该结构设计包括一组两个对称定位的栅极，初级和次级，位于纳米线上方。每个栅极用于偏置和控制电荷流。我们发现，探测器与较窄的纳米线控制其次级门产生较大的光电流在类似的照明条件下。我们的结果表明，虽然暗电流保持不变，光电流增加的纳米线宽度减小。
2017-07-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Asymmetrically Encapsulated vertical ITO/MoS2/Cu2O photodetector with ultra-high sensitivity
强的光吸收，加上适度的载流子输运特性，使得二维（2-D）层状过渡金属二硫属化物（TMD）半导体有希望的候选人低强度光电探测应用。然而，这些设备的性能是严重的decked与持久的光电流由于长寿命的电荷捕获，和不可靠的特性，由于不良的气氛和衬底效应的缓慢响应。在这里，我们展示了在0.26 Wm-2的光功率密度（P_op）和-0.5 V的外部偏压（V_ext）下，在具有小载流子渡越时间的铟锡氧化物（ITO）/MoS 2/氧化铜（Cu 2 O）/Au垂直多异质结光电探测器中的3.2x10^14 Jones的超高比探测率（D*）和5.77x10^4 AW-1的响应率（R）。被载流子收集层封装的活性MoS 2层允许我们在大量的循环中实现可忽略的陷阱辅助的持续光电流和可重复的特性。由于非对称光电探测器的内建场，我们还在零外部偏压下实现了大的D*>10^14琼斯。对现有文献中的报告的性能进行基准测试，显示了实现可靠和高灵敏度的光电探测器用于超低强度光电探测应用的途径。
2017-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Position dependent photodetector from large area reduced graphene oxide thin films
我们用化学还原氧化石墨烯（RGO）片的薄膜制备了大面积红外光电探测器器件，并研究了它们的光响应随激光位置的变化。我们发现，光电流增加，减少或保持几乎为零，这取决于激光光斑相对于电极的位置。位置敏感的光响应的解释肖特基势垒调制在RGO膜电极界面。光电流的时间响应明显慢于单层石墨烯，可能是由于化学合成和互连片的无序。
2010-02-17 cond-mat.mes-hall
Enhanced Photodetection in Graphene-Integrated Photonic Crystal Cavity
我们证明了通过耦合到长光子晶体线性缺陷腔中的慢光模式来控制石墨烯光电探测器中的光响应度的增强。在布里渊区（BZ）边界附近，多腔模的光谱耦合导致1530 ~ 1540 nm的宽带光电流增强。远离BZ边界，单个腔共振在窄共振峰中增强光电流八倍。讨论了通过入射场与石墨烯腔系统的临界耦合来优化光电流。增强的光电流证明了波长级石墨烯光电探测器用于具有高光谱选择性和宽带响应的高效光电探测的可行性。
2013-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strong enhancement of photoresponsivity with shrinking the electrodes spacing in few layer GaSe photodetectors
光电子学集成的一个关键挑战是光电探测器在纳米尺度上的灵敏度相对较差。通常认为，需要光电探测器中的大电极间距来吸收足够的光以保持高的光响应度并降低暗电流。然而，这将限制光电集成密度。通过空间分辨光电流研究发现，基于层状GaSe的金属-半导体-金属（MSM）光电探测器中的光电流主要来自金属-GaSe界面附近的光激发载流子，光电流有源区总是靠近电势较高的肖特基势垒。在直接隧穿发生之前，光响应率随着间距的减小而单调增加，在偏压为8 V，波长为410 nm时，底部接触器件的光响应率显著提高，最高可达5,000 AW-1。这比之前报告的结果提高了1，700倍以上。除了系统的实验研究的光响应度的依赖关系的底部和顶部接触MSM光电探测器的间距，理论模型也已经开发，很好地解释了这两种类型的设备配置的光响应度。我们的研究结果实现了缩小间距的同时，提高性能的二维半导体基MSM光电探测器，这可能为未来的高密度集成的二维半导体光电子器件的高性能铺平了道路。
2014-08-05 cond-mat.mes-hall
Photocurrent generation with two-dimensional van der Waals semiconductors
近年来，二维（2D）材料引起了人们极大的兴趣。这一系列材料允许实现多功能电子设备，并有望成为下一代（光）电子产品。它们的电子性质强烈地依赖于层数，从基本的角度来看，它们很有趣。对于电子应用，半导体2D材料受益于相当大的迁移率和大的开/关比，这是由于通过栅极场效应可实现的大调制。此外，由于机械强度和柔性，这些材料在断裂之前可以承受大的应变（> 10%），使得它们对于应变工程和柔性装置是有意义的。即使在单层形式下，半导体2D材料也表现出有效的光吸收，从而使光电探测器具有较大的响应度。因此，半导体层状2D材料是光电应用，特别是光电探测的强有力的候选者。在这里，我们回顾了基于半导体二维材料的光电探测器的最新技术，重点是过渡金属二硫属化物，新型范德华材料，黑磷和异质结构。
2015-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Self-powered programmable van der Waals photodetectors with nonvolatile semi-floating gate
本文提出一种基于 MoTe2/hBN/graphene 的非易失性半浮栅光电探测器，可通过脉冲栅压在 n+-n 与 p-n 同质结间重构，实现自供电、快速、宽波段且正负光电流可调的高性能探测。
2023-12-11 cond-mat.mes-hall
Ultrafast intrinsic optical-to-electrical conversion dynamics in graphene photodetector
本文通过片上电学读出和氧化锌顶栅设计，在带宽达220 GHz的石墨烯光电探测器中揭示了光热电转换的瞬时提取与费米能级依赖的带内散射调控机制，为超快石墨烯光电子器件提供了关键支撑。
2025-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Towards Air Stability of Ultra-Thin GaSe Devices: Avoiding Environmental and Laser-Induced Degradation by Encapsulation
硒化镓（GaSe）是一种新型的二维材料，属于III-VIA层状半导体家族，由于其在室温下具有单光子发射和强的光学非线性，近年来引起了人们的关注。尽管如此，少层GaSe在环境条件下是不稳定的，并且它倾向于随着时间的推移而退化。在这里，我们结合原子力显微镜，拉曼光谱和光电测量的光电探测器的基础上薄GaSe研究其长期稳定性。我们发现，暴露于空气中的GaSe薄片倾向于分解，首先形成无定形硒和Ga 2Se 3，随后形成Ga 2 O3。虽然第一阶段伴随着光电流的增加，但在第二阶段中，我们观察到光电流的减少，这导致了GaSe光电探测器的最终失效。此外，我们发现用六方氮化硼（h-BN）封装GaSe光电探测器可以保护GaSe免受退化，并且可以帮助实现器件的长期稳定性。
2018-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Wavelength-Tunable Photodetector Using Subwavelength Graphene Field-Effect Transistors
动态波长可调谐性长期以来一直是光电探测器技术的圣杯。由于其原子厚度和独特的性质，石墨烯开辟了实现这一概念的新范例，但到目前为止，这在实验上还很难实现。在这里，我们采用详细的量子输运模型的光电流在石墨烯场效应晶体管（包括现实的电磁场），以表明波长可调谐性是可能的，通过动态改变栅极电压。我们揭示了这种类型的设备的行为，并显示出显着偏离基于垂直过渡的简单期望的现象。我们发现强聚焦的电磁场在接触边缘超过相同的长度尺度的带弯曲。这两个空间变化的潜力导致增强的非垂直的光学跃迁，甚至主导的声子或杂质散射的情况下。我们还表明，消失的狄拉克点附近的态密度导致接触阻塞和依赖于门的光电流调制。
2017-03-06 cond-mat.mes-hall
Towards Fast Multicolor Photodetectors based on Graphene Contacted Vertical p-GaSe/n-InSe van der Waals Heterostructure
研究了以石墨烯为透明电极，采用层状p型GaSe和n型InSe的垂直范德华异质结光电探测器的电学和光电特性。不仅观察到来自层状GaSe和InSe本身的光电流峰，还观察到层间光跃迁峰，这与第一性原理计算一致。p-n异质结之间的内建电场和石墨烯电极的优势可以有效地分离光生电子-空穴对，从而导致响应时间下降到160 μs。利用垂直层状p-n异质结和石墨烯电极的层间和层内光学跃迁，可以实现基于二维层状材料的高性能多色光电探测器，这对未来的光电子学具有重要意义。
2016-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scalable Fabrication of Atomically Thin Monolayer MoS2 Photodetectors
由合成生长的单层过渡金属二硫属化物衍生的高质量光电探测器的可缩放制造对于广泛的纳米光子学应用是高度期望的和重要的。我们在这里提出了可扩展的制造单层二硫化钼光电探测器的蓝宝石衬底上通过一个有效的过程，其中包括生长大规模单层二硫化钼通过化学气相沉积（CVD），和多步光刻的器件图案化和高品质的金属电极的制造。在每一个测量的器件中，我们都观察到了以下普遍的特征：（i）可以忽略的暗电流$(I_{dark}\leqslant10 fA)$，（ii）光电流在$\sim$ 1.9eV和$\sim$ 2.1eV处有尖锐的峰，这归因于带边激子的光学跃迁;（三）高于$\sim$ 2.5eV的光电流的快速开始在$\sim$ 2.9eV处达到峰值，这是由于源自以下的范霍夫奇点的激子吸收：莫斯$_2$。我们观察到低（$\leqslant 300\%$）的设备到设备的光响应度的变化。此外，我们观察到非常快的上升时间$\sim$ 0.5 ms，这是三个数量级快于其他报道的CVD生长的1 L-MoS $_2$为基础的光电探测器。可扩展的器件制造、超高灵敏度和高速的组合为光子学的应用提供了巨大的潜力。
2017-09-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Robust edge photocurrent response on layered Type II Weyl semimetal WTe2
基于量子材料的奇异性质和新的工作原理的光传感和能量收集具有很大的潜力，可以突破传统光电探测器和太阳能电池的基本性能限制。Weyl半金属作为拓扑非平凡材料，由于其在Weyl节点附近的无带隙线性色散和在Weyl节点附近的Berry场增强的非线性光学效应，显示出新颖的光电性质，在光探测和能量收集方面具有潜在的应用前景。在这项工作中，我们证明了强大的光电流产生的电荷分离的光激发的电子-空穴对在边缘的Td-WTe 2，II型外尔半金属，由于沿某些晶体断裂方向的晶体对称性断裂，并可能增强强大的费米弧型表面状态。使用扫描光电流显微镜（SPCM）的测量，我们进一步证明了边缘电流响应是强大的在一个宽的激发光子能量。我们发现，这种强大的功能是高度通用的，并普遍出现在广泛的一类量子材料具有类似的晶体对称性。此外，这些边缘光电流和Weyl半金属的拓扑性质之间的可能的连接进行了探讨。在这项工作中所展示的鲁棒和通用的边缘电流响应提供了一种新型的电荷分离机制，用于在宽波长范围内的光传感和能量收集。
2019-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wafer-scale fabrication of two-dimensional beta-In2Se3 photodetectors
使用分子束外延（MBE）在2英寸c-蓝宝石晶片上获得二维（2D）$β-In_2Se_3$材料的外延生长。通过X射线衍射（XRD）、拉曼光谱和像差校正扫描透射电子显微镜（ac-STEM）证实了厚（90 nm）和非常薄膜（低至两个五层（2 nm））的优良质量。基于五个五重层的光电探测器的晶圆级制造使用光刻和其他标准半导体加工方法来生产。光电探测器表现出3 mA/W的响应率、$10^9$ Jones的峰值比探测率（D*）、550 nm处的0.67%的外部量子效率（EQE）和~7 ms的响应时间，这比之前报道的$β-In_2Se_3$光电探测器的任何结果都快。从光电流测量，观察到1.38 eV的光学带隙。这些关于2D $In_2Se_3$的晶片级沉积以及其制造成光电子器件的结果提供了将使2D材料商业化的缺失环节。
2020-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Highly Sensitive, Fast Graphene Photodetector with Responsivity $>10^6$ A/W Using Floating Quantum Well Gate
石墨烯由于其零带隙的电子结构，有望作为超宽带光电探测应用的吸收材料。然而，基于石墨烯吸收的检测器由于弱吸收和快速光载流子复合而固有地遭受差的响应度，限制了它们用于低强度光检测的可行性。在这里，我们使用石墨烯/WS $_2$ /MoS $_2$垂直异质结来展示高度灵敏的光电探测器，其中石墨烯层具有双重目的，即作为光吸收层，也作为载流子传导通道，从而保持光电探测器的宽带性质。石墨烯中的一部分光电子遇到超快的层间转移到浮动单层MoS $_2$量子阱，提供强的量子限制光电门效应。光电探测器在30 fW入射功率下显示出$4.4\times 10^6$ A/W的响应度，优于迄今为止报道的光电探测器，其中石墨烯被用作光吸收材料几个数量级。此外，所提出的光电探测器表现出极低的噪声等效功率（$N\!E\!P$）的$<4$ fW/ $\sqrt{Hz}$和快速响应（$\sim$毫秒）与零联想光电流。这一发现对石墨烯基高灵敏、快速、宽带光电检测技术的示范具有吸引力。
2019-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
ZnO UV photodetector with controllable quality factor and photosensitivity
ZnO纳米线作为紫外光探测器具有巨大的应用潜力。它们的光电流产生机制与表面状态的存在密切相关，其中已经进行了相当大的努力，例如表面化学改性，以提高它们的光电探测能力。在这项工作中，我们报告了一个步骤，在这个方向上证明了光检测器的光敏性和品质因数（Q因子）是完全可调的施加的栅极电压。这种机制使紫外光检测选择性范围从数十纳米（半高全宽- FWHM）到3纳米的窄检测。这种控制为新的应用铺平了道路，特别是与具有非常尖锐的发光的元素的检测有关。
2013-02-05 cond-mat.mes-hall
Locally Phase-Engineered MoTe$_2$ for Near-Infrared Photodetectors
本文通过局部相工程制备MoTe2金属-半导体横向结，揭示光伏效应主导光电流产生，实现700-1100 nm快速响应，为全二维光电器件提供新途径。
2024-06-03 cond-mat.mes-hall
Visualizing bulk and edge photocurrent flow in anisotropic Weyl semimetals
本研究利用氮-空位中心量子磁力测量结合 SPCM，直接成像 WTe2 与 TaIrTe4 中的光电流，揭示各向异性光热电效应这一被忽视的体相电流机制。
2022-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
High Photocurrent in Gated Graphene-Silicon Hybrid Photodiodes
基于石墨烯/硅（G/Si）异质结的器件已经被证明是潜在地与半导体技术兼容的高响应度光电探测器。这样的G/Si肖特基结二极管通常与栅控G/二氧化硅（SiO $_2$）/Si区域并联，其中石墨烯接触。在这里，我们利用扫描光电流测量调查的空间分布，并解释在这些设备中的光电流产生的物理起源。我们观察到明显更高的光电流下的隔离区的石墨烯的SiO $_2$相邻的G/Si的肖特基结。在此之前需要一定的阈值电压（V $_T$），并且其起源类似于金属氧化物半导体场效应晶体管中的阈值电压。一个物理模型用来解释大的光电流下的SiO $_2$的反型层在Si中的形成。我们的研究结果有助于对石墨烯/半导体混合器件的基本理解，这反过来又有助于设计基于这种2D/3D异质结的高效光电子器件和系统。
2017-05-30 cond-mat.mes-hall
Waveguide-integrated black phosphorus photodetector with high responsivity and low dark current
层状二维材料具有新颖的光电特性，非常适合于集成在平面光子电路中。例如，石墨烯已被用于宽带光电探测。然而，由于石墨烯缺乏带隙，石墨烯光电探测器遭受非常高的暗电流。相比之下，层状黑磷是2D材料家族的最新成员，由于其狭窄但有限的带隙，非常适合光电探测器应用。在这里，我们展示了一个门控多层黑磷光电探测器集成在硅光子波导工作在近红外电信波段。与石墨烯器件相比，黑磷光电探测器具有显著的优势，可以在偏压下以非常低的暗电流工作，并在室温下在11.5nm和100 nm厚的器件中分别获得高达135 mA/W和657 mA/W的固有响应度。光电流主要由光伏效应控制，具有超过3 GHz的高响应带宽。
2014-12-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Near-infrared intersubband photodetection in GaN/AlN nanowires
子带间光电子器件依赖于半导体异质结构中量子限制电子能级之间的跃迁，这使得能够在1-30 $μ$ m波长窗口中以皮秒响应时间进行红外（IR）光电探测。将纳米线作为活性介质可以实现对器件的电截面和光吸收截面的独立控制。此外，纳米线异质结构中的三维载流子限制为调整载流子弛豫时间开辟了新的可能性。然而，GaAs纳米线的结构缺陷和表面敏感性的产生，迄今阻碍了纳米线子带间器件的制备。在这里，我们报告的第一个演示子带间的光电探测在纳米线，使用GAN纳米线含有GAN/AlN超晶格吸收在1.55 $μ$ m。光谱光电流测量与8带k $\cdot$ p计算的电子结构的组合支持解释的结果，在这些极短的周期超晶格子带间的光电探测。我们观察到的光电流与入射照明功率的线性依赖关系，这证实了子带间过程的表面状态的不敏感性，并强调了具有大的表面体积比的架构是如何适合作为子带间光电探测器。我们的光电流特性的分析指出了路线的器件性能的改善。这是第一个基于纳米线的子带间光电探测器代表了一项技术突破，为强大的器件平台铺平了道路，该平台具有超快、超灵敏度光电探测器和具有更高热稳定性的高效量子级联发射器的潜力。
2019-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Photocurrent in Bismuth Junctions with Graphene
我们报道了一种利用半金属铋纳米线阵列与石墨烯耦合的室温光电探测器。石墨烯的结构平坦性和高电子迁移率为未来几代电子材料展示了巨大的潜力。石墨烯与铋纳米线阵列耦合，由于光捕获而具有强吸收。作为半金属的铋（Bi）补充了石墨烯的无间隙和移动性特性。Bi还具有与半导体相当的长屏蔽长度（4 nm）。拉曼光谱用于表征石墨烯和Bi之间的电荷转移。所分析的光谱包括可见光（350 nm）到近红外（980 nm）以及电信波段（1550 nm）。由于界面处的光生载流子对的产生和转移，由界面内建场产生的光电流是鲁棒的，而不牺牲检测光谱。我们观察到一个幂律频率依赖性的光响应超过三个数量级的激发频率与扩散时间的广泛分布一致。这些关键性质可以使得石墨烯与Bi的结能够应用于检测器和光捕获应用中。
2017-09-15 cond-mat.mes-hall
Photoresponse of atomically thin MoS2 layers and their planar heterojunctions
MoS 2单分子膜表现出优异的光吸收和大的热电功率，然而，这伴随着非常强的激子结合能-导致复杂的光响应特性。我们研究了MoS 2单层（1 L）和双层（2L）器件、单层/双层（1 L/2L）平面异质结和单层/少层/多层（1 L/FL/ML）平面双异质结器件对扫描光激发的电响应，以揭示这些材料和结中光电流产生的内在机制。通过扫描激光光斑的位置获得强的光响应调制，作为控制许多层相关性质的相对优势的结果，所述层相关性质包括（i）光电效应（PE），（ii）光电效应（PTE），（iii）激子效应，（iv）来自金属的热光电子注入，以及（v）载流子复合。当激光聚焦在源结处时，单层和双层器件显示出峰值光响应，而在异质结器件中，峰值位置向单层/多层结移动。光响应被发现是依赖于入射光的偏振时，源结被照亮，虽然在单层/多层异质结的偏振灵敏度急剧下降。最后，我们研究了光电流的激光位置相关的瞬态响应，揭示了源结处SiO2中载流子的捕获是决定二维光电探测器瞬态响应的关键因素，并且还表明，通过系统的器件设计，可以避免异质结器件中的这种捕获，从而获得快速的瞬态响应。所获得的见解将发挥重要作用，在设计快速的二维TMD的光电探测器和相关的光电和热电器件。
2016-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Infrared photodetection in graphene-based heterostructures: bolometric and thermoelectric effects at the tunneling barrier
该研究揭示含局域缺陷态的石墨烯/hBN/石墨烯隧穿器件中红外光电流源于电子加热导致的隧穿概率变化，并可据此测量电子温度。
2023-12-09 cond-mat.mes-hall
Electroluminescence and photocurrent generation from atomically sharp WSe2/MoS2 heterojunction p-n diodes
p-n二极管代表了用于各种光电功能的最基本的器件构建块，但是由于不能将它们选择性地掺杂到p型或n型半导体中，因此难以在原子级薄的过渡金属二硫属化物（TMD）中实现。在这里，我们报告的第一个演示的原子薄和原子尖锐的异质结p-n二极管垂直堆叠的p型单层二硒化钨（WSe 2）和n型少层二硫化钼（MoS 2）。电气测量表明，具有良好定义的电流整流行为和1.2的理想因子的二极管特性。光电流映射显示快速的光响应在整个重叠区域的最高外量子效率高达12%。电致发光研究表明，显着的带边激子发射和显着增强的热电子发光。系统的研究表明，不同的层数依赖的发射特性，并揭示了重要的洞察力的起源热电子发光和电子轨道相互作用的性质在TMD。我们相信，这些原子薄的异质结p-n二极管代表了一个有趣的系统，用于探测的基本电光性质的TMD，并可以开辟一条新的途径，以新颖的光电子器件，如原子薄的光电探测器，光电转换器，以及自旋/谷偏振光发光二极管和片上激光器。
2014-09-15 cond-mat.mes-hall
Microwave Photodetection in an Ultraclean Suspended Bilayer Graphene pn Junction
我们探索了双层石墨烯作为低温微波光电探测器的潜力，通过研究在8 K的温度下，在$1-5$ GHz的频率范围内，完全悬浮的清洁双层石墨烯PN结中的微波吸收。我们观察到一个独特的光电流信号，如果该设备被门控到pn制度，而几乎没有信号的单极掺杂的nn或pp制度。最令人惊讶的是，当结的一侧被选通到狄拉克点（电荷中性点CNP）时，光电流强烈地达到峰值，而另一侧保持在高掺杂状态。这与以前使用光辐射的结果不同。我们提出了一个新的机制的基础上的光热效应解释的大信号。它需要接触掺杂和两侧明显不同的传输机制：石墨烯的一侧是弹道的，另一侧是扩散的。通过设计部分扩散和部分弹道器件，光电流可以大大增强。
2017-02-06 cond-mat.mes-hall
Ultrasensitive, Ultrafast and Gate-Tunable Two-Dimensional Photodetectors in Ternary Rhombohedral ZnIn2S4 for Optical Neural Networks
电子学和光电子学对高性能半导体的需求促使低维材料研究扩展到三元化合物。然而，基于2D三元材料的光电探测器通常遭受大的暗电流和缓慢的响应，这意味着增加的功耗和降低的性能。在这里，我们报告了一个系统的研究的光电性能良好的菱形ZnIn 2S 4（R-ZIS）纳米片，表现出极低的暗电流（在5 V偏压7 pA）。由一系列参数所代表的优越性能超越了大多数2D同行。特别突出的是，它的比探测率（1.8 × 10^14琼斯）、短响应时间（τ_rise = 222 μs，τ_decay = 158 μs）和与高频操作（1000 Hz）的兼容性。此外，门可调特性，这是由于光门，并提高了两个数量级的光响应观察。门控技术可以有效地将光电流产生机制从光电导效应转变为主导的光电门效应。R-ZIS光电晶体管的灵敏度、超快响应和高栅极可调谐性相结合，使其成为低能耗和高频光电应用的理想器件，其在光学神经网络中的优异性能以及在光学深度学习和计算中的潜力进一步证明了这一点。
2022-02-24 cond-mat.mes-hall
Strong Photothermoelectric Response and Contact Reactivity of the Dirac Semimetal ZrTe5
三维拓扑绝缘体家族为发现新的电子物理学和开发新型光电探测器开辟了新的途径。ZrTe 5是一种具有独特拓扑电子和光学性质的Dirac半金属。在这里，我们提出了空间分辨的光电流测量的纳米片的ZrTe 5的设备，证明了光响应的光热电起源。由于高的电导率和良好的塞贝克系数，我们获得的噪声等效功率低至42 pW/Hz 1/2，在室温下的可见光照明在零偏压。我们还表明，这些设备遭受显着的环境反应，如形成富Te的表面区域驱动的Zr氧化，以及严重的反应与金属接触。这种反应性导致设备中的显着应力，导致不寻常的几何形状，这对于深入了解光电流机制是有用的。我们的研究结果表明，在设计或解释这些系统中的光电流测量时，必须同时考虑大的光热电响应和反应性。
2017-10-24 cond-mat.mes-hall
Fast and Highly Sensitive Ionic Polymer Gated WS$_2$-Graphene Photodetectors
石墨烯与异质结构光电探测器中的半导体材料的组合使得能够使用微米级电子器件放大检测飞秒瓦光信号。目前，这种检测器的速度受到长寿命电荷陷阱和不切实际的策略（例如，使用大的栅极电压脉冲）的限制，已经采用这些策略来实现适合于诸如视频帧速率成像的应用的带宽。在这里，我们报告了封装在离子聚合物中的原子薄石墨烯-WS $_2$异质结构光电探测器，它独特地能够在高达1.5 kHz的带宽下工作，同时保持与$10^6$一样大的内部增益。高度移动的离子和纳米级德拜长度的离子聚合物用于筛选电荷陷阱，并在与WS $_2$的界面处在前所未有的范围内调节石墨烯的费米能级。我们观察到一个响应度$R=10^6$ A W $^{-1}$和探测度$D^*=3.8\times10^{11}$ Jones，接近单光子计数器。高响应度和快速响应时间的组合使这些光电探测器适合视频帧速率成像应用。
2017-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multifunctional 2d infrared photodetectors enabled by asymmetric singular metasurfaces
本文提出在石墨烯上集成非对称奇异超表面，同时增强中红外吸收和结构非对称性，实现零偏置光电流，并展示高达200的偏振比及栅控偏振响应切换功能。
2025-05-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Fast Yet Quantum-Efficient Few-Layer Vertical MoS2 Photodetectors
半导体二维材料，如二硫化钼（MoS 2）和过渡金属二硫属化物家族的其他成员，已成为应用于高性能纳米电子学的有前途的材料，表现出优异的电学和光学性能。报道了在与半透明金属电极接触的垂直少层MoS 2器件中高效光电流（PC）的产生。该器件的光吸收可以通过使用几层薄片制造垂直光电器件来改善，实现高达0.11 A/W的光响应和高达30%的外量子效率（EQE）。由于垂直设计，电极之间的距离可以保持在几个纳米的范围内，从而大大减少了光生载流子的收集时间，提高了器件的效率。在1.24至2.58 eV的光子能量范围内测量波长相关的PC，光响应度和EQE。与以前的平面和垂直器件相比，这些垂直的几层MoS 2光电器件具有非常短的响应时间，60 ns，和5.5 MHz的截止频率，同时保持高的光响应度。
2019-05-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Controlling Nanogap Quantum Dot Photoconductivity through Optoelectronic Trap Manipulation
纳米尺度器件因其可调的电子和光学特性而被广泛研究，但杂质和缺陷的影响在这些长度尺度上被放大，并可能导致半导体材料特性的变化知之甚少。通过在核壳结构的CdSe/ZnS半导体纳米晶体桥接的纳米间隙中进行大量的光电导测量，我们发现了影响固态电荷陷阱种群的光电方法。我们引入了一个模型，统一了以前的工作，并转换成一个可重复的和强大的光电流响应由于陷阱状态操纵的问题，在电子特性的不可重复性。由于陷阱在许多物理过程中占主导地位，这些发现可能会导致通过控制和优化杂质和缺陷来改善各种纳米级应用的性能和器件可调谐性。
2009-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Multiscale Materials-to-Systems Modeling of Polycrystalline Pb-Salt Photodetectors
我们提出了一个基于物理的多尺度材料系统模型的多晶$PbSe$光电探测器，连接基本的材料特性，电路级的性能指标。从实验观察到的薄膜结构和电学特性，我们首先开发了一个能带结构模型，解释载流子类型的反转和大的载流子寿命在敏化薄膜。光敏膜的独特能带结构导致产生的载流子与迁移到反向$PbSe|PbI_2$界面的空穴分离，而电子被捕获在膜晶粒间区域的主体中。这些流动一起形成光电导的2-电流理论，其定量地捕获这些膜中的$I-V$关系。为了捕捉像素缩放和少数载流子阻挡的效果，我们开发了一个模型的金属接触与检测器膜的基础上的相对功函数的差异。我们还开发了各种物理参数的详细模型，如迁移率，寿命，量子效率，噪声等，这些参数将探测器性能指标（如响应度$\mathcal{R}$和特定探测率$\mathcal{D^*}$）与材料特性和操作条件密切联系起来。开发了一种紧凑的基于Verilog-A的SPICE模型，该模型可以直接与先进的数字ROIC单元设计相结合，以模拟和优化高性能FPA，这些FPA构成了快速增长的自驱动汽车，物联网，安全和嵌入式应用市场中的关键组件。
2018-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Environment-insensitive and gate-controllable photocurrent enabled by bandgap engineering of MoS2 junctions
二维（2D）材料由具有巨大表面积与体积比的原子级薄晶体组成，并且它们的物理性质可以容易地受到化学环境的改变。用其他层状材料（如六方氮化硼）封装是一种常见的做法;然而，这种方法通常需要复杂的制造工艺。另外，探索在没有包封层的情况下控制输运性质的方法是有趣的。这是非常具有挑战性的，因为吸附剂的普遍存在，这可能导致带电杂质散射网站，电荷陷阱，和重组中心。在这里，我们表明，短路光电流起源于内置电场在二硫化钼结是令人惊讶的不敏感的气体环境的范围内，从1 × 10 ^（-6）托的真空环境条件。短路光电流的环境不敏感性归因于与载流子密度梯度相关联的扩散电流的特性。相反，有偏压的光电流表现出典型的持续光电导性，并且很大程度上依赖于气体环境。对环境不敏感的短路光电流的观察展示了为基于2D材料的光电应用设计器件结构的替代方法。
2017-03-03 cond-mat.mes-hall
Electrical Spectroscopy of Polaritonic Nanoresonators
本研究首次实现基于二维材料异质结的极化激元纳米谐振器电光谱探测，利用金属纳米棒构建红外杂化谐振器并通过石墨烯pn结近场耦合电探测，获得创纪录横向限制与高达200的品质因子，为相关传感与光电探测应用提供新路径。
2024-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Highly sensitive photodetector based on two-dimensional ferroelectric semiconducting \{beta}-InSe/graphene heterostructure
本研究通过机械剥离制备二维铁电\{beta}-InSe/石墨烯异质结构，利用界面电子转移和光门控效应实现高灵敏度光电探测，响应度达2.12*10^4 A/W，探测率1.73*10^14 Jones，响应时间241微秒，为灵敏光电应用提供优秀材料平台。
2023-05-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
