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石墨烯/hBN/MoS<sub>2</sub>范德华异质结构中电荷转移与无序对光电响应的相互作用

DOI：10.1088/2053-1583/ab771f 期刊：2D Materials 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 石墨烯与过渡金属硫族化合物（TMDCs）二元范德华异质结构中展现的强光电响应，为高灵敏度光传感提供了新途径。虽然这种高灵敏度源于光激发载流子层间转移导致的石墨烯光栅效应，但硫族层中本征缺陷（如陷阱态和带隙中间态）的影响尚未深入探究。本研究采用石墨烯/hBN（六方氮化硼）/MoS?（二硫化钼）三层异质结构来解析光栅机制，其中hBN层作为界面势垒调控电荷转移时标。我们发现光响应存在两个新特征：首先，在短时光照下出现早于传统电荷转移负光导的意外正光导分量；其次，在远低于单层MoS?带隙的红外波段（高达1720 nm）呈现强负光响应。通过光导率的时间依赖性与栅压调控研究表明，这些现象可能源于陷阱态的光致充电过程。该三层结构在红外波段的响应度极高（180 K温度、≈?30 V背栅电压及20 mV源漏偏压条件下，1550 nm波长处响应度>10? A/W）。实验证实，光学敏感范德华异质结构中的界面工程，能为理解石墨烯/TMDC异质结构中层间与层内电荷重组过程提供关键依据。
作者： Tanweer Ahmed，Arindam Ghosh，Kallol Roy，Saloni Kakkar，Avradip Pradhan
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

探索石墨烯/hBN/MoS2三层异质结构中的光门控机制，并理解本征缺陷对光电响应的影响。

研究成果

研究表明，缺陷态会显著影响基于二硫化钼的混合光电探测器光响应特性。在可见光波段，观测到分别源自层内空穴捕获与层间电子转移的正负光电流动力学共存现象；在近红外波段，则观察到超高次带隙光电导效应，这归因于二硫化钼导带底附近由缺陷/无序态产生的次带隙能级。该发现表明，范德瓦尔斯异质结中的界面工程可为电荷重组过程提供关键认知。

研究不足

该研究受限于制备和表征范德华异质结构时的技术约束，难以对每层的厚度和质量进行精确控制。研究结果的适用性也受到限制，因为要实现所报道的高响应度需要在低温（180 K）条件下进行。

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