在WSe（二硒化钨）/2/CsPbBrI（硒化镉/铅/溴化碘）量子点混合异质结构中实现的高性能宽带光检测技术，应用于光电开关和图像识别领域

二维材料与量子点异质结光探测器研制成功，实现96.6 A/W高响应度及宽带检测能力，有效提升原始WSe?器件性能，并在图像识别领域展现应用潜力。

　　

Fen Zhang|Jinhong Wang|Haiqing Xie|Mianzeng Zhong

湖南省柔性电子材料基因组工程重点实验室，长沙理工大学物理与电子科学学院，中国长沙410114

摘要

二维材料由于其独特的光学特性，为下一代可见光区域设备提供了有前景的方向。然而，由于性能不佳，在实际应用中仍存在一定差距。构建异质结是提高光电探测器性能的可靠方法。在本研究中，将光敏CsPbBrI量子点（QDs）与二维WSe₂结合，开发出了高性能、宽频带的WSe₂/QDs光电器件。该器件在638纳米波长下的响应度高达96.6 A/W，比纯WSe₂基器件高出一个数量级。此外，该器件在卷积神经网络（CNN）中表现出优异的性能。这项研究揭示了二维材料/钙钛矿量子点异质结在图像识别和光电开关等先进光电应用中的潜力。

章节摘录

引言

近年来，二维（2D）过渡金属硫属化合物（TMDs）因其卓越的物理特性（如高平面迁移率[1]、可调带隙[2]、强光-物质相互作用[3]和易于加工[4]）而受到广泛关注，使其成为未来新型光电设备的有力竞争者。在这些器件中观察到了许多优异的特性，例如高开/关比[5]、快速响应速度[6]和高特定检测率[7]。

器件制备

首先，使用化学气相沉积（CVD）方法在SiO₂/Si基底上制备了多层WSe₂：将WSe₂粉末放入位于管式炉加热区中心的石英舟（源舟）中。生长基底（SiO₂/Si）则表面朝上放置在下游石英舟（基底舟）中。生长前，系统在100 sccm的氩气流量下净化20分钟以去除空气。随后，温度升高至1100°C以开始生长过程。

结果与讨论

通过化学气相沉积（CVD）直接在SiO₂/Si基底上制备了多层WSe₂。原子力显微镜（AFM）测量结果显示WSe₂的厚度为3.83纳米（见补充材料中的图S1）。随后，将CsPbBrI量子点均匀旋涂在WSe₂薄片上。具体工艺细节详见实验部分。图1a中的光学显微镜（OM）图像证实了量子点在WSe₂薄片上的成功集成。

结论

本研究证明，通过将光敏CsPbBrI量子点与二维WSe₂结合制备的WSe₂/QDs混合光电器件能够实现高性能的宽带光检测，并有效克服了原始WSe₂光电器件的固有局限性。研究表明，该器件在638纳米光照下的响应度高达96.6 A/W，比纯WSe₂器件高出一个数量级。量子点的添加显著提升了器件的性能。

CRediT作者贡献声明

Fen Zhang：撰写初稿、验证、项目管理、方法论设计、数据分析、概念构思。Mianzeng Zhong：撰写与编辑、资源协调、实验设计、概念构思。Haiqing Xie：撰写与编辑、监督工作、资源调配、项目管理。Jinhong Wang：撰写初稿、软件开发、方法论设计、数据分析。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。