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朝鮮大學電機工程系Abdelkader Abderrahmane等--二維石墨烯/α-In2Se3/石墨烯-基的鐵電半導體場效應晶體管的可調(diào)諧光電特性

二維（2D）材料在未來的電子和光電器件中具有廣闊的應用前景。特別是，基于二維材料的光電探測器由于其優(yōu)異的光電探測性能而得到了廣泛的研究。由于其優(yōu)異的電學和光學特性，二維硒化銦（α-In₂Se₃）是一種很好的光電探測應用材料。此外，α-In₂Se₃樣品，包括原子厚度的α-In₂Se₃層，呈現(xiàn)鐵電性質(zhì)。在此，我們報道了多層石墨烯(Gr)/α-In₂Se₃/Gr基鐵電半導體場效應晶體管(FeS-FETs)的制備及其電學和光電性能。我們還討論了影響Gr/α-In₂Se₃/Gr異質(zhì)結(jié)構(gòu)中電子和光電子輸運的物理機理。在傳輸特性曲線中觀察到較大的遲滯，這歸因于MTL α-In₂Se₃的鐵電極化和載流子俘獲-去俘獲效應。所制備的FeS-FETs的光電性能取決于α-In₂Se₃的鐵電特性，并且可以容易地進行調(diào)節(jié)，以達到10 AW^-1的最大光響應率和4.4x10¹²cmHz^1/2W^-1的最大比探測率。

圖1. 制備的多層（MTL）石墨烯Gr/α-In₂Se₃/Gr器件的(a)示意圖和(b)掃描電鏡圖（SEM）。(c)MTL Gr和α-In₂Se₃的原子力顯微鏡（AFM）圖像。(d)使用地形分析確定的二維漏極MTL Gr觸點（紅色）、MTL In₂Se₃觸點（綠色）和源MTL Gr觸點（藍色）的厚度。I_DS、V_DS和V_GS分別表示漏極電流、漏源電壓和柵源電壓。

圖2. (a)不同柵源電壓(V_GS)下Gr/α-In₂Se₃/Gr器件的漏極電流(I_DS)-漏源電壓(V_DS)。插圖中包括Gr/α-In₂Se₃/Gr器件在3、4和5 V的V_DS時的傳輸特性曲線。(b) I_DS- V_DS在不同激光功率密度下的特征。V_BG表示背柵電壓。

圖3. (a)在黑暗和不同激光功率密度下，石墨烯(Gr)/α-In₂Se₃/Gr基鐵電半導體場效應晶體管的漏極電流(I_DS)–背柵電壓(V_BG)傳輸特性曲線，以及在不同激光功率密度時(b)光電流(I_PH)，(c)光響應(R_l)和(d)比探測率(D^*)對V_BG的依賴性，V_DS為1V。

圖4. (a)漏極電流(I_DS)和(b)光電流(I_PH)對背柵電壓(V_BG)和正反向激光功率密度的依賴性，V_DS為5V。(c)Gr/α-In₂Se₃/Gr器件在不同操作條件下垂直方向的能帶圖，說明了電偶極極化對電子輸運的影響。其中Gr和MTL分別表示石墨烯和多層膜，V_FB和E_f分別表示平帶電壓和費米(Fermi)能級。

圖5. (a)光響應(R_l)和(b)比探測率(D^*)對背柵電壓(V_BG)和正反向激光功率密度的依賴性，V_DS為5V。

相關(guān)研究成果由朝鮮大學電機工程系Abdelkader Abderrahmane等人于2021年發(fā)表在J Mater Sci: Mater Electron (https://doi.org/10.1007/s10854-021-06528-8)上。原文：Tunable optoelectronic properties of a two-dimensional graphene/α-In₂Se₃/graphene-based ferroelectric semiconductor field-effect transistor。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號



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