近日，物理与光电工程学院物理学系光电材料与器件团队的刘彭义教授、谢伟广教授和周洋博士指导硕士研究生卢月恒在中科院物理1区杂志《Laser & Photonics Reviews》 （IF=11.0）上发表以 “High-performance MoS2 homojunction photodiode enabled by facile van der Waals contacts with 2D perovskite”为题的研究成果。卢月恒为第一作者，谢伟广教授和周洋博士为共同通讯作者。
图1 文章发表页面截图
PN结是现代电子学和集成电路的重要组成部分，是各种功能器件的基础。根据构筑结构的不同，二维PN结可分为同质结和异质结。异质结由于表面形貌和表面缺陷等界面问题，光生载流子容易在异质结处复合而消失，导致载流子传输效率低。相反，同质结可以通过各种掺杂方法直接在同一材料平面上获得P型和N型分布，消除了界面问题，从而能够最大限度地提高载流子输运效率，在超灵敏光探测中具有更大的潜力。MoS2是公认的未来实现3 nm以下集成电路工艺的二维半导体之一。然而， MoS2通常呈现N型，其p型掺杂大多不稳定、实现复杂，因此，寻找一种简单、可控、稳定的P型掺杂方法来实现高性能的MoS2同质PN结是器件物理研究的一个重点。
团队前期理论和实验研究发现，当MoS2和二维(BA)2(MA)Pb2I7界面存在BA空位时二维(BA)2(MA)Pb2I7会对MoS2产生P型掺杂。基于这一简单的范德华接触，我们构筑了如图2所示的一半呈现N型，一半呈现P型的平面MoS2 PN结。该同质PN结光电二极管具有接近理想二极管的优异整流性能，暗电流低至10-13 A量级，其光电响应的动态线性范围达到了90 DB。团队通过开尔文探针力显微镜（KPFM）发现，掺杂在安泰下可以对费米能级产生高达400 meV的调控。在光照下，器件更是可以达到0.7 eV，从而获得高达0.7 V的开路电压。这项工作不仅为构建高性能的MoS2 同质PN结提供了一种简单而高效的方法，也为其他二维光电器件高效P型掺杂提供了新的方法。
图2 MoS2 同质PN结的构建、掺杂原理及器件性能
致谢：国家自然科学基金项目（62174072、61934004），广东省基础与应用基础研究基金（2019B151502049、2020A1515111192、2022A1515010429）。
论文链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202300941
文、图：谢伟广
编辑：吴可泰
校对：陈科球
初审：黄晶晶
终审：幸江涛