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一种基于二硫化钼的离子凝胶晶体管

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发布时间:Friday, September 30, 2022 已经查看了527次

原子级厚度的二维材料因其独特的结构和优异的光学、电学和力学性能而受到人们的广泛关注。越来越多的二维材料,包括金属、半导体和绝缘体,已经在实验和理论研究中被报道。随着这三类材料的改进,基于二维材料的纳米电子和光电子材料被认为是后摩尔时代极具前途的候选材料。二硫化钼是过渡金属硫族化合物(TMDCs)的典型成员,具有优良的半导体和厚度可调的电子结构。此外,已实现的二硫化钼的晶圆尺度生长,包括晶圆级多晶薄膜和单晶薄膜,使二硫化钼更接近实际应用。有限的本征载流子浓度导致较低的暗电流,从而促进了室温下高光电探测性能的发展。虽然TMDCs具有较高的光-物质相互作用,但低的光吸收限制了其光电转换,导致了低的光响应。因此,为了促进其实际的工业应用,需要进一步研究光物质的相互作用及其调控。


在此,研究人员利用PVDF-EMIM-TFSI作为凝胶电介质,制备了一种基于二硫化钼的离子凝胶晶体管。通过调节栅极电压,二硫化钼表现出双极性电特性,并在此基础上研究电子、空穴载流子的光电效应。发现二硫化钼光电晶体管在电子分支和空穴分支中都表现出反常的负光电效应。C2F6NO4S2-离子的吸附/解吸在电子分支中占主导地位,而photogating效应在空穴分支中占主导地位。通过调节栅极电压,可以调节载流子浓度,从而调节光-物质的相互作用。因此,电子分支的光响应率和探测率可达21.79 A/W和2.45×1011 Jones,空穴分支的光响应和探测率分别为7.82 A/W和1.12×1011 Jones。此外,光响应甚至可以从可见光区域延伸到近红外区域。本研究提供了外场调谐光响应,揭示了空穴/电子主导材料的研究机制,并为未来通信和可穿戴医疗保健电子器件提供了参考。


相关成果以“Highly Tunable, Broadband, and Negative Photoresponse MoS2 Photodetector Driven by Ion-Gel Gate Dielectrics” 为题发表在著名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上(中科院一区,川大B刊,影响因子10.383)。四川大学材料学院2019级本科生沈桢贞、张春池为论文第一作者,王泽高特聘研究员为通讯作者,华西医院孟雅婧医生参与了该项研究。论文唯一通讯单位为四川大学材料学院。

上述研究工作得到国家自然科学基金项目(52002254)和四川省科技厅项目(2020YJ0262、2021YFH0127)及国家级大创项目(交叉学科方向)等项目资助。



来源: 四川大学材料科学与工程学院  2022.9.30