基于高性能二维二硒化钨的光电探测器

doi:10.7503/cjcu20230217

摘要/Abstract

摘要：

通过物理气相沉积(PVD)方法制备了二维二硒化钨(WSe₂)材料, 并与利用化学气相沉积(CVD)方法制备的材料进行对比, 证明了其具有不同的导电类型和更好的电学性质. 利用两种不同工艺所得材料分别为 p型和n型导电的性质, 制备了由同种WSe₂材料组成的pn结器件. 测试结果表明, 该器件在黑暗条件下具有单向整流性和对光照极灵敏的响应度, 证明了其在光电器件应用领域具有广泛的发展前景.

关键词: 二维二硒化钨, 物理气相沉积, pn结, 光电探测器

Abstract:

Two-dimensional transition-metal dichalcogenides（TMDs） have gained widespread attention in the research field of nano-photodetectors. In this work， two-dimensional tungsten diselenide（WSe₂） materials were prepared by physical vapor deposition（PVD）. Different conductivity types and better electrical properties were demonstrated by comparison with materials prepared by chemical vapor deposition（CVD） methods. Meanwhile， a pn junction device composed of the same WSe₂ material was prepared by using the properties of p-type and n-type conductivity of the materials obtained by two different processes. The test has proved that the device has unidirectional rectification under dark conditions and extremely sensitive response to light， which proves that WSe₂ has broad development prospects in the field of optoelectronic device applications.

Key words: Two-dimensional WSe₂, Physical vapor deposition, pn Junction, Photodetector

中图分类号:

O613

TrendMD:

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图/表 5

Fig.1 Characterization of 2D WSe2 materials（A） Optical microscope photo of monolayer WSe2；（B） optical microscope photo of bilayer WSe2；（C） AFM test result of bilayer WSe2；（D） Raman spectra of WSe2 with different layers；（E） PL spectra of WSe2 with different layers；（F） PL mapping test result of bilayer WSe2.

Fig.2 Testing of WSe2 FET devices（A） The transfer characteristic curve of transistors prepared by PVD method；（B） the output characteristic curves of the transistor prepared by PVD method；（C） the transfer characteristic curve of transistors prepared by CVD method；（D） the output characteristic curves of the transistor prepared by CVD method

Fig.3 Research on the reasons of the high performance of devices prepared by PVD（A）The rendering of a multi-electrode transistor；（B） optical microscope photo of a multi-electrode transistor；（C） transfer characteristic curves of multi-electrode transistor；（D） resistance as a function of channel length；（E） output characteristic curves at different temperatures；（F） corresponding Arrhenius curves；（G） functional relationship between the slope of the Arrhenius curve and Vds.

Fig.4 Raman spectra(A), PL spectra(B), XPS spectra for W4f (C) and Se3d (D) of bilayer WSe2 prepared by PVD and CVD methods

Fig.5 Testing of WSe2 PN junction devices（A） Optical microscope photo of WSe2 pn junction；（B） photocurrent and dark current of pn junction；（C） photocurrent under different light intensities；（D） variation of photoresponsivity；（E） transient photoresponse of photodetector；（F） magnified image of single pulse.

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