對于超薄、靈敏的光電探測器來說，一種有前途的策略是將光活性半導體過渡金屬二硫屬化物 (TMDC) 單層（如 MoS2）與高導電性石墨烯相結合。 這種設備通常表現出復雜而矛盾的光響應，因為入射光可以觸發光導和光誘導分子從表面的解吸。 在這里，我們使用金屬有機化學氣相沉積 (MOCVD) 在石墨烯上直接生長 MoS2，然后通過化學氣相沉積 (CVD) 將 MoS2 沉積在藍寶石晶片上，以實現石墨烯-MoS2 光電探測器。雙色光泵-電探針實驗允許將光誘導的載流子轉移通過石墨烯-MoS2異質界面與吸附物誘導的效應分開。 我們證明吸附物強烈改變了光電導率的大小和符號。 這歸因于在吸附物被解吸的情況下石墨烯摻雜從 p 型到 n 型的變化，而在任何一種情況下，光生電子都從 MoS2 轉移到石墨烯。 這種無損探測方法揭示了電荷載流子轉移機制和吸附物在二維 (2D) 異質結構光電探測器中的作用
圖 1. (a) 石墨烯-MoS
2異質結構示意圖； (b) 石墨烯-MoS
2異質結構的 AFM 圖； (c) MoS
2(左)和石墨烯(右)的拉曼光譜； (d) 石墨烯-MoS
2異質結構的消光光譜。
圖 2. (a) 叉指電極設計示意圖； (b) 在光泵-電探針測量中石墨烯-MoS
2 光電探測器的照明； (c) 在環境條件下（相對濕度：45 ± 5%，溫度：20 ± 1 °C）下 I - I0 的時間相關測量； (d) 在真空條件下。 比較了 λ
exc= 325 nm、λ
exc= 442 nm 和 λ
exc= 632 nm 的激光波長。 在每種情況下，光子通量密度為 Φ
ph= 10
15(mm
2·s)
-1
圖 3. 在 (a) 環境和 (b) 真空條件下，在 λ
exc = 632 nm 處脈沖照明的石墨烯-MoS
2異質結構光電探測器的時間相關 I - I
0 測量。 在每種情況下，都使用了 Φ
ph= 4.2 × 10
16(mm
2·s)
-1 的光子通量。 陰影區域表示照明的時間跨度。 測量前，樣品已儲存在 N
2 中。
圖 4. 與時間相關的 I - I0 測量結合 λ
exc= 325 nm (Φ
ph= 1.47 × 10
15(mm
2·s)
−1) 的連續波激發和 λ
exc= 632 nm (Φ
ph= 4.2 × 10
16(mm
2·s)
-1)。 在（a）環境和（b）真空條件下，描述了 I - I0 的實驗結果與時間的關系。 時間 t = 0 s 標志著紫外線照射的開始。 在插圖中，顯示了數據集的放大部分。 在測量之前，樣品已儲存在 N
2 中。
圖 5. 石墨烯-MoS
2異質結構器件中所提出的光響應機制的示意圖。 左：高密度吸附物的情況，其中吸引電子的吸附物導致石墨烯中的費米能級低于狄拉克點，即 p 摻雜。 右圖：低密度吸附物的情況，其中吸附物密度降低導致費米能增加，即 n 摻雜石墨烯。 在任何一種情況下，在 632 nm 照射下，MoS
2 中電子-空穴對的產生預計會導致石墨烯-MoS
2 界面處的電荷載流子分離，其中電子轉移到石墨烯中。
相關研究成果由杜伊斯堡-埃森大學Tilmar Kümmell等人2022年發表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c06047)上。原文：Role of Surface Adsorbates on the Photoresponse of (MO)CVD-Grown Graphene–MoS2 Heterostructure Photodetectors。
轉自《石墨烯研究》公眾號
