單層MoS2光電探測器的制備和性能調(diào)控

　　二維過渡金屬硫化物(2D-TMDS)材料(如M0S2、WS2、SnS2> NbS2)具有優(yōu)異的光 學、電學、光電學、力學等性能，材料厚度為0.1?Inm,具有理想的半導體帶隙(1.5-2.1 eV),以及強烈的光-物質(zhì)相互作用，成為下一代微型、高靈敏度、高穩(wěn)定、透明性的光電 探測器的理想材料。

對單層MoS2光電探測器進行氧等離子處理，氧等離子處理工藝是：將制備出的單層MoS2光電探測器放置于低溫氧等離子環(huán)境中，氧等離子體機的放電功率均設(shè)置為10 W, 通入氧氣后保證反應(yīng)腔體中壓力保持在25 Pa,處理時間2 s。

　　實驗結(jié)論

　　通過氧等離子處理前后的拉曼、光致發(fā)光以及器件性能的變化分析了氧等離子處理的 原理。首先氧等離子處理前后拉曼光譜顯示兩個特征峰出現(xiàn)的位置沒有較大變化，僅是特 征峰強度均有較大地降低，這是因為氧等離子處理后，MoS2表面的缺陷位置被摻入氧原 子實現(xiàn)了缺陷位氧原子的化學吸附以及反應(yīng)生成多種Mo的氧化物，導致S-Mo之間的振 動強度減小；其次，光致發(fā)光光譜顯示氧等離子體處理后特征峰的強度有較大的增加，這 是因為摻入的氧原子相當于對單層M0S2進行p型摻雜，MoS2的n型半導體特性表明材 料內(nèi)部自由電子(n)數(shù)量大于空穴(p)數(shù)量，p型摻雜使得在材料在光激發(fā)作用下產(chǎn)生的電 子-空穴對(中性粒子)數(shù)量增加，激子數(shù)量增加使得光致發(fā)光強度增加。

　　氧等離子體處理不僅具有P型摻雜作用，也可以通過刻蝕襯底表面的作用而降低材料 的表面粗糙度。因此分析探測器輸出的電流增加的原因可能是氧等離子體處理可以很好地 去除掉在制備單層M0S2光電探測器過程中引入的有機雜質(zhì)。這些有機雜質(zhì)的存在增大了 M0S2的表面粗糙度，電流傳輸過程中載流子的散射現(xiàn)象增強從而降低了器件的電流傳輸效率