特种功能材料重点实验室

研究进展

程纲教授课题组在Nano Energy上报道基于表面离子栅调控的单层MoS2晶体管和光电探测器

信息来源: 发布日期: 2019-05-14作者: 浏览次数:

近期,程纲教授课题组的研究成果“The Novel Transistor and Photodetector of Monolayer MoS2Based on Surface-Ionic-Gate Modulation Powered by a Triboelectric Nanogenerator”在国际著名刊物Nano Energy上发表。赵磊博士为论文的第一作者,程纲教授和杜祖亮教授是本文的共同通讯作者。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.05.012

通过栅极电压调控载流子传输特性是发展电子和光电器件的重要策略。先前的栅极调制技术通常应用于固体/半导体或液体/半导体界面,但对于许多实际应用中,半导体材料直接暴露于气态气氛中,传统的调控技术不能有效地利用气体离子来调控半导体载流子传输特性。因此,开发气体/半导体界面中的新型栅极调制技术具有重要意义。

在本工作中,程纲教授课题组基于摩擦纳米发电机驱动的气体放电现象,在气体/半导体界面中发展了一种新型的“表面离子栅”调控技术。该技术利用独立层结构的摩擦纳米发电机诱导的气体放电产生的负离子吸附在单层MoS2表面位置,充当“栅压”来调控单层MoS2载流子浓度和电输运性质。利用表面离子栅调控技术,发展了单层MoS2的新型晶体管和光电探测器,获得104的最大开关比,并使光电流回复时间从6.64 s降低到74 ms。本文所提出的表面离子栅调控技术,可以实时、原位地调控二维材料的电传输特性和表面局部能带结构,这为发展新型二维电子和光电器件提供了新的思路,具有广阔的应用前景。

图1.(a)基于摩擦纳米发电机诱导的气体放电的表面离子栅调控技术示意图。(b)摩擦纳米发电机诱导的气体放电的电流时间曲线。(c)负电晕放电离子运动示意图。

图2(a)表面离子栅调控单层MoS2器件的示意图。(b)表面离子栅调控MoS2器件前后的I-V特性曲线,插图是被调控器件的光学图像,比例尺为20 μm。(c)利用表面离子栅技术多次调控MoS2器件的I-V特性曲线,插图是器件电流与表面离子栅调控器件次数对应曲线,Vds为1V。(d)-(f)是在N2,O2和空气条件下,表面离子栅调控MoS2器件的电流-时间特性曲线。

图3(a)未调控的多个照射周期下MoS2器件的I-T特性曲线。(b)线性坐标下(a)图中单个光电流周期的放大视图。(c)在表面离子栅调控下多个照射周期下MoS2器件的I-T特性曲线。(d)线性坐标下(c)图中单个光电流周期的放大视图。Vds为1V。

本工作得到国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅和河南大学的经费支持。Nano Energy是纳米和能量领域的国际顶级期刊,影响因子是13.120。