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       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異的光電探測性能而得到了廣泛的研究。由于其優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，呈現鐵電性質。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節，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。
 
        相關研究成果由朝鮮大學電機工程系Abdelkader Abderrahmane等人于2021年發表在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。

轉自《石墨烯研究》公眾號