二维（2D）材料在未来的电子和光电器件中具有广阔的应用前景。特别是，基于二维材料的光电探测器由于其优异的光电探测性能而得到了广泛的研究。由于其优异的电学和光学特性，二维硒化铟（α-In₂Se₃）是一种很好的光电探测应用材料。此外，α-In₂Se₃样品，包括原子厚度的α-In₂Se₃层，呈现铁电性质。在此，我们报道了多层石墨烯(Gr)/α-In₂Se₃/Gr基铁电半导体场效应晶体管(FeS-FETs)的制备及其电学和光电性能。我们还讨论了影响Gr/α-In₂Se₃/Gr异质结构中电子和光电子输运的物理机理。在传输特性曲线中观察到较大的迟滞，这归因于MTL α-In₂Se₃的铁电极化和载流子俘获-去俘获效应。所制备的FeS-FETs的光电性能取决于α-In₂Se₃的铁电特性，并且可以容易地进行调节，以达到10 AW^-1的最大光响应率和4.4x10¹²cmHz^1/2W^-1的最大比探测率。
 
  
图1. 制备的多层（MTL）石墨烯Gr/α-In₂Se₃/Gr器件的(a)示意图和(b)扫描电镜图（SEM）。(c)MTL Gr和α-In₂Se₃的原子力显微镜（AFM）图像。(d)使用地形分析确定的二维漏极MTL Gr触点（红色）、MTL In₂Se₃触点（绿色）和源MTL Gr触点（蓝色）的厚度。I_DS、V_DS和V_GS分别表示漏极电流、漏源电压和栅源电压。 
 
 
图2. (a)不同栅源电压(V_GS)下Gr/α-In₂Se₃/Gr器件的漏极电流(I_DS)-漏源电压(V_DS)。插图中包括Gr/α-In₂Se₃/Gr器件在3、4和5 V的V_DS时的传输特性曲线。(b) I_DS- V_DS在不同激光功率密度下的特征。V_BG表示背栅电压。
 
  
图3. (a)在黑暗和不同激光功率密度下，石墨烯(Gr)/α-In₂Se₃/Gr基铁电半导体场效应晶体管的漏极电流(I_DS)–背栅电压(V_BG)传输特性曲线，以及在不同激光功率密度时(b)光电流(I_PH)，(c)光响应(R_l)和(d)比探测率(D^*)对V_BG的依赖性，V_DS为1V。
 
 
图4. (a)漏极电流(I_DS)和(b)光电流(I_PH)对背栅电压(V_BG)和正反向激光功率密度的依赖性，V_DS为5V。(c)Gr/α-In₂Se₃/Gr器件在不同操作条件下垂直方向的能带图，说明了电偶极极化对电子输运的影响。其中Gr和MTL分别表示石墨烯和多层膜，V_FB和E_f分别表示平带电压和费米(Fermi)能级。
 
 
图5. (a)光响应(R_l)和(b)比探测率(D^*)对背栅电压(V_BG)和正反向激光功率密度的依赖性，V_DS为5V。
 
        相关研究成果由朝鲜大学电机工程系Abdelkader Abderrahmane等人于2021年发表在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。

转自《石墨烯研究》公众号