【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所光電前沿交叉部王俊研究員團隊在利用光學操控技術實現金屬-半導體邊緣接觸方面取得進展。相關研究成果以“Optical Manipulation-Prepared Edge-Contacted MoTe2-NbS2 Heterojunction Photodetectors for High-Performance, Self-Powered, and Consistent Broadband Detection”為題，作為封底文章發表于Small。
2D材料已被廣泛用于制備各種光電子器件。然而，由于二維材料的超薄特性，器件性能易受二維材料與金屬接觸界面影響。盡管頂部接觸結構因制備工藝簡單而最為常用，但范德瓦爾斯間隙的存在會導致傳統金屬-2D半導體界面出現接觸穩定性差等問題，嚴重制約器件性能。相比之下，邊緣接觸構型憑借強軌道雜化、無肖特基勢壘和降低的隧穿勢壘等優勢，可實現更高效的電子注入能力和更低的接觸電阻。然而，傳統的邊緣接觸方案工藝復雜，加工過程可能伴隨材料的損傷，并且材料長時間暴露于不可控環境導致會器件性能衰退。探索新的具有快速、經濟、高精度的方案，將為高性能光電探測器的制備帶來更多可能性，推動光電探測技術向前發展。
研究人員提出，通過脈沖激光誘導干燥襯底表面納米片產生定向位移，可以實現半導體與金屬的邊緣接觸。利用飛秒激光成功驅動MoTe2和NbS2在襯底上的可控移動，通過結合干法轉移技術和光操控技術，成功制備了與金屬電極邊緣接觸的異質結MoTe2-NbS2異質結光電探測器。
進一步的，對探測器的光電性能進行表征。在邊緣接觸構型下，器件的全部光電流均源于結區貢獻，在900 nm波長處實現了2 A/W的響應度、1.3×10? Jones的比探測率及278%的外量子效率。得益于異質結內建電場對光生載流子的高效分離，該探測器表現出超快響應特性，上升/下降時間為30/46 μs，響應帶寬達5.4 kHz。值得關注的是，器件在280–1380 nm寬光譜范圍內均展現出優異的光響應性能，且在280–1200 nm區間內響應度保持穩定，該特性有助于簡化光譜標定過程，實現多波長同步探測，降低系統集成復雜度。相比之下，頂部接觸構型因響應區域局限于金屬-半導體接觸區，肖特基勢壘導致的載流子輸運限制使其響應速度顯著降低至秒量級。
光學操控技術具有快速、精準、經濟和高性能等優點，為實現金屬-半導體邊緣接觸提供新的方案。此外，該技術也為制造橫向異質結、定制邊緣接觸結構和調整異質結界面區域提供了新的機會，從而為光電器件的未來發展注入了新的動力。
相關研究得到了國家重點研發計劃和國家自然科學基金項目的支持。
圖1 利用光學操縱制備邊緣接觸MoTe2-NbS2異質結光電探測器。a)光電探測器的制備過程。b)MoTe2-NbS2異質結光電探測器的光學圖像。
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