二维MoS_2基异质结的构筑及其光探测性能的研究
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二维MoS_2基异质结的构筑及其光探测性能的研究二维过渡金属硫属化合物（TMDCs）,因其具有特殊的晶体结构、极大的比表面积和纳米尺度效应,而表现出优异的电学、光学性能,未来在光电领域有巨大的应用前景。
MoS<sub>2</sub>是其中最为典型的代表,单层MoS<sub>2</sub>的直接带隙半导体属性,赋予其极高的光电应用前景。
基于MoS<sub>2</sub>的场效应晶体管和光探测器已经证实,它具有较高的电流开光比（可达10<sup>8</sup>）和较高的响应度(880 A W<sup>-1</sup>)等优异的光电性能。
但是MoS<sub>2</sub>也存在光谱响应范围受限及光谱响应时间较长等缺点,这些缺点极大地降低了其应用潜力。
众所周知,由于二维材料超薄的原子结构,使得其各项性质对于外界环境非常敏感,因而可以通过改变其局部的外界环境来实现对其性能的可控调节。
我们发现通过构筑基于二维MoS<sub>2</sub>的异质结,可以有效地调控其光电性能,实现对二维MoS<sub>2</sub>光电性能的提升和拓展。
基于上述,本文主要采用化学修饰和原位生长异质结的方法对其光电性能进行优化。
主要研究内容和成果如下:（1）由于O<sub>2</sub>/H<sub>2</sub>O 等杂质的吸附影响而造成的响应速度慢是二维MoS<sub>2</sub>应用于光电器
件的一大障碍。
本工作通过范德华外延生长的方法合成了p-GaSe/n-MoS<sub>2</sub>异质结,并结合理论计算和实验,对该异质结进行了研究。
GaSe的存在,有效地促进了电子-空穴对的分离,同时材料界面的存在也一定程度上减少了MoS<sub>2</sub>表面O<sub>2</sub>/H<sub>2</sub>O的吸附,使得少数载流子空穴的寿命很大程度上被抑制,因而实现了MoS<sub>2</sub>的响应速度近三个数量级的提升。
通过化学气相沉积外延生长GaSe/MoS<sub>2</sub>垂直P-N结制备方法简单,且能有效调节材料的光电性能,是目前较为简单的提升MoS<sub>2</sub>响
应速度的方法之一。
这种通过范德华外延生长的P-N结来提升响应速度的方法,为优化二维材料光电性能的研究提供了新的思路。
（2）为了拓宽MoS<sub>2</sub>的光谱响应范围,利用“堆垛模式限制生长”的方法制备了MoTe<sub>2</sub>/MoS<sub>2</sub>双层异质结,该方法有效地
增加了异质结的界面接触并提升了界面清洁度。
PL揭示了MoTe<sub>2</sub>和MoS<sub>2</sub>层之间的电荷转移,导致在异质结区域有明显的PL淬灭。
光探测试结果证实,该异质结的生成,有效地拓展MoS<sub>2</sub>的光谱
响应范围至近红外区域（1100 nm）,且表现出高响应度4.71 A/W（1100 nm）和优异的EQE 1.935×10<sup>3</sup>%（300 nm）,该值优于MoS<sub>2</sub>及相关的TMDCs的异质结器件的性能。
（3）为实现MoS<sub>2</sub>在近红外区域的选择性的光响应,我们采用上转换纳米颗粒（UCNPs）来修饰二维
MoS<sub>2</sub>纳米片。
Ln系掺杂的上转换材料是一种独特的发光材料,能够吸收特定波段红外光,发出可见光。
在该复合体系中,二维MoS2纳米片因其超高的比表面积和优越的光电性能作为复合器件的载体,UCNPs作为红外光的吸收者,利用UCNPs孤立分布的吸收光谱赋予MoS<sub>2</sub>近红外区波长选择的光响应。
此外,UCNPs吸收峰的位置可以随掺杂的稀土元素的种类而改
变;MoS<sub>2</sub>也可以被其他TMDCs所替代,所以这种器件设计概念可以拓展至其他材料体系的响应范围调控。