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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)結構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4.4x1012cmHz1/2W-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。IDS、VDSVGS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(VGS)下Gr/α-In2Se3/Gr器件的漏極電流(IDS)-漏源電壓(VDS)。插圖中包括Gr/α-In2Se3/Gr器件在3、4和5 V的VDS時的傳輸特性曲線。(b) IDS- VDS在不同激光功率密度下的特征。VBG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(IDS)–背柵電壓(VBG)傳輸特性曲線,以及在不同激光功率密度時(b)光電流(IPH),(c)光響應(Rl)和(d)比探測率(D*)對VBG的依賴性,VDS為1V。
 
 
圖4. (a)漏極電流(IDS)和(b)光電流(IPH)對背柵電壓(VBG)和正反向激光功率密度的依賴性,VDS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,VFBEf分別表示平帶電壓和費米(Fermi)能級。
 
 
圖5. (a)光響應(Rl)和(b)比探測率(D*)對背柵電壓(VBG)和正反向激光功率密度的依賴性,VDS為5V。
 
        相關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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