高性能二维光电探测器用于高性能二维光电探测器

近日，松山湖材料实验室研究员林生晃和副研究员崔楠成功开发出功能函数普遍可调的聚合物电极，并将其应用于非对称二维金属-半导体-金属(MSM)二维光电探测器的设计显著提高了设备的性能，为下一代软自动光电探测器的发展提供了新的思路。

由于其独特的物理和化学特性，二维材料在光电检测领域具有巨大的潜力。然而，传统金属和半金属电极的功能函数是固定的，难以大规模调整，限制了其在MSM结构光电探测器中的应用，难以实现梦想的对齐和性能优化。此外，金属沉积过程可能会对二维材料界面造成损坏，进一步影响设备的性能。

研究小组采用透明PEDOT进行溶液加工:通过调整PSS与PEDOT的比例，PSS电极实现了5.1 eV到3.2 EV的广泛功能函数调整。利用这种聚合物电极，构建了与二维过渡元素二硫化物的异质结构。在实验中，团队选择了转移技术来实现PEDOT:PSS电极与二维过渡元素二硫化物范德华集成，形成非对称触摸结构，实现高性能自动驱动二维光电探测器。因为PEDOT:可见短波红外区间PSS电极透过率高，可借助MSM结构的内发射机制实现亚带隙波段的检测。

测试数据显示，基于这种聚合物电极的二维WSE光电探测器的性能显著提高。其整流比约为105，远远超过大多数已报道的TMD基非对称MSM结构。在520纳米激光下，该装置显示出良好的自动驱动能力，无需外部压力或网格压力，为可穿戴光电装置的应用提供了巨大的优势。此外，该装置为200个μW激光功率实现了高达108的光暗电流比，暗电流低至10-13A，表明其信噪比高，检测能力优异。在低功率环境下，设备的响应度可达1.8 A/W，检测度高达2.34 × 1011Jones，微秒级的快速响应速度和扩展的近红外响应，显示出优异的光检测性能。

聚合物电极不仅在WSE基光电探测器中表现良好，而且成功地应用于其他二维过渡元素，如二硫化钼、二硫化钨、硒化镓和二硫化锡，实现了从能见光到近红外区域的扩展响应。其透明度促进了该设备有效地减少反射和吸收损失，并进一步提高了光检测效率。此外，基于PEDOT:PSS电极的二维光电探测器也表现出优异的灵活性和机械耐久性。5000次弯曲循环后，性能变化小于15%，在不同的弯曲视角下仍能保持稳定的光电性能，为可穿戴电子设备的发展提供了有力的支持。

通过创新设计具有可调功函数的聚合物电极，完成了高性能、自动驱动和软二维光电探测器的研发。在可见光到近红外区域的宽光谱响应、高响应、快速响应时间和优异的机械耐久性，在智能交互系统、可穿戴电子设备和物联网领域展示了广阔的应用前景，为下一代光电设备的发展奠定了基础。

上述研究成果发表在《物理进展报告》上(Reports on Progress in Physics)。