准一维PtSe2半导体纳米线的生长及其在高性能双向光检测中的应用

《Science China-Materials》：Growth of quasi-1D PtSe2 semimetallic nanowire for high-performance bi-directional photodetection

本研究通过载气辅助化学气相沉积法成功制备氢浓度优化的高结晶度准一维PtSe?，其沿(110)晶面表现优异热稳定性。电学测试显示二维材料为p型半导体，准一维材料呈半金属特性且迁移率相近。在1550 nm光电检测中，二维材料呈现正向响应（97.0 A/W），而准一维材料表现出独特的负向响应（194.2 A/W），归因于半金属特性和表面陷阱。温度依赖性实验证实缺陷辅助光电门效应，且响应强度随温度显著变化，为红外光电子器件提供了新平台。

　　

摘要

在一维（1D）或准一维铂硒化物（PtSe₂）中，增强的尺寸限制显著增强了量子限制效应和表面效应，从而产生了独特的电子和光学特性。然而，通过精确控制其尺寸和取向来高效制备高质量的一维或准一维PtSe₂仍然是一个重大挑战。在这里，我们首次成功地通过载气辅助化学气相沉积（CVD）方法合成了准一维PtSe₂结构。通过优化氢气浓度，我们获得了高度定向且结晶度高的准一维PtSe₂，这种材料在（110）晶面上表现出优异的热力学稳定性。电学表征显示，二维少层PtSe₂具有p型半导体特性，而准一维多层PtSe₂则表现出半金属行为。由于准一维系统中的量子限制效应，这两种材料的载流子迁移率相似。在1550纳米的光探测实验中，二维PtSe₂表现出常规的正光响应，最大响应值为97.0 A/W；相比之下，准一维PtSe₂表现出独特的光负响应，最大响应值为194.2 A/W，这归因于其半金属性质和丰富的表面陷阱。在不同功率水平下的温度依赖性光响应测量进一步证实，这种负响应源于缺陷辅助的光栅效应，且该效应的强度在高功率照射下具有显著的温度依赖性。这项工作不仅填补了一维PtSe₂合成领域的空白，还为开发先进的红外光电子器件提供了一个新的材料平台。