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Applied Materials Today 逄金波指导的学生程绮琳共同一作（第3位）基于新型二维材料PtSx的光电探测器的研究成果
Applied Materials Today （IF: 10.041）基于新型二维材料PtSx的光电探测器的研究成果
自2004年单原子层石墨烯被首次报道以来，有关二维材料的研究迅速席卷了整个化学、材料和物理等研究领域。二维过渡金属硫属化合物（TMDCs）在电子和光电子器件以及能源器件等领域具有广阔的应用前景，尤其是以二硫化钼、二硒化钨等为代表的一类半导体材料，表现出优良的光电性能，其自身还兼具独特的柔性，可以用制备下一代柔性的可穿戴设备。目前，10族过渡金属硫属化合物（nTMDCs）也在被不断地研究开发，成为了新的研究热点。目前铂的硫属化合物（PtSx）由于其优异的电子、光学和能带性质得到了越来越多的研究与关注。对此，山东大学张宇、韩琳团队和刘宏教授联合济南大学基于新型二维材料PtSx的光电探测器的研究取得新的成果。该成果于近日发表在Applied Materials Today上。
本文亮点
1. 采用H2S气体硫化Pt法制备了大面积均匀的 PtSx薄膜。
2. 通过直接在蓝宝石制备器件较好的改善了PtSx器件的光响应性能。
3. 详细地分析得出小的晶格失配和更少的陷阱是导致器件性能提高的主要因素。
图文导读
PtSx的总述
本文介绍了一种通过H2S在不同衬底上合成PtSx的CVD法，接着直接制备光电探测器件，进行了一系列的测量，文章的最后给出了对比以及分析，展现出较为优异的光电性能以及稳定性。
文章的图片摘要。
I）PtSx的组成结构和合成
展示了Pt两种硫化物结构以及用CVD合成法制备的PtSx薄膜。
图1. (a)层状PtS2结构的俯视图(上)和侧视图(下)，(b) 层状PtS结构的俯视图(上)和侧视图(下)，其中Pt和S原子分别用蓝色和黄色小球表示。(c)在基底上合成二维PtSx薄膜的CVD工艺示意图。(d)分别在SiO2/Si(左)和蓝宝石(右)上制备的二维PtSx薄膜照片。
II） PtSx的表征
对不同衬底上合成的PtSx做了各种表征以及比较。
图2. (a)合成不同厚度的PtSx薄膜在蓝宝石上的吸收情况。(b)不同厚度的PtSx薄膜在SiO2/Si和蓝宝石表面的拉曼光谱。(c)在SiO2/Si和蓝宝石衬底上的PtSx薄膜和原始Pt薄膜的Pt和S元素的XPS。对SiO2/Si薄膜的(d) Pt和(e) S元素进行了XPS分析。对蓝宝石上PtSx薄膜的(f) Pt和(g) S元素进行了XPS分析。分别表征了在(h) SiO2/Si和(i)蓝宝石上合成的PtSx薄膜的AFM形态(上)和沿红线的高度分布(下)。分别在(j, k) SiO2/Si和(l)蓝宝石上的PtSx薄膜做了拉曼映射图像分析。
III） PtSx光电器件
PtSx薄膜在两种衬底上的光电器件性能。
图3. 以(a) SiO2/Si和(b)蓝宝石为衬底的PtSx器件的示意图。在5 V的外加电压和间断的532 nm激光下，在(c) SiO2/Si和(d)蓝宝石上制备PtSx器件的响应图。(e) PtSx/SiO2/Si器件和(f) PtSx/蓝宝石器件的I-V曲线和相应的放大图像。
IV） PtSx光电参数和理论分析
基于两种PtSx器件的光电参数整理以及性能出现差异的原理性分析。
图4. 放大(a) PtSx/SiO2/Si器件和(b) PtSx /蓝宝石器件在V = 5 V、532 nm照明下的单开关周期。(c)在532 nm照明下，V = 5 V时，PtSx器件的功率依赖D∗、R和EQE。(d)照明下器件结构和能带示意图，电荷产生和转移过程。
总结与展望
本文利用CVD法在不同的衬底上合成了大尺寸均匀的二维PtSx薄膜，并对其进行了表征以及用于光检测。结果表明，在蓝宝石上生长的PtSx薄膜的质量优于在SiO2/Si上生长的PtSx薄膜，这一点从薄膜的表征和器件的I-V曲线以及光探测性能上得到了证实。蓝宝石衬底上的PtSx器件的探测率为9.17×109 Jones，响应率为0.31 A W-1, EQE为66.45%，相对于PtSx/SiO2/Si器件分别提高了29.2%、38.5%和48.9%，目前将这种改善归功于蓝宝石衬底上PtSx薄膜质量的改善。本文的研究结果为制备大尺寸、均匀的PtSx薄膜和稳定的PtSx基光电探测器提供了有价值的策略。
作者简介
王彦皓，本文第一作者
山东大学 硕士(目前于中科院上海高等研究院就读博士)
主要研究领域：低维材料及其光电器件、光电器件的研究。
程绮琳，本文共同一作，第3位。
逄金波，本文第4作者。
刘宏，本文通讯作者，山东大学 教授
主要研究领域：微电子、纳米材料与器件的研究。
▍主要研究成果
在包括Adv. Mater., Nano Letters, ACS Nano, J. Am. Chem. Soc, Adv. Fun. Mater, Envir. Eng. Sci.等学术期刊上发表SCI文章300余篇，个人文章总被引次数超过21000次，H因子为68，30余篇文章被Web of Science的ESI选为“过去十年高被引用论文”(Highly Cited Papers (last10 years))，2015和2019年度进入英国皇家化学会期刊“Top 1% 高被引中国作者”榜单。2018、2019年和2020年连续三年被科睿唯安评选为“全球高被引科学家”。
▍Email: hongliu@sdu.edu.cn
查看全文请点击下方‘阅读原文’
https://mp.weixin.qq.com/s/BrPqXzg8Nnr4Flbfwje_9w
Large area uniform PtSx synthesis on sapphire substrate for performance improved photodetectors
Applied Materials Today ( IF 10.041 ) Pub Date : 2021-09-16 , DOI: 10.1016/j.apmt.2021.101176
Yanhao Wang, Yunhong Zhang, Qilin Cheng, Jinbo Pang, Yujin Chu, Hao Ji, Jianwei Gao, Yingkuan Han, Lin Han, Hong Liu, Yu Zhang
中文翻译：
在蓝宝石衬底上合成大面积均匀 PtSx 以提高光电探测器的性能
PtS x作为一种较新的二维材料，引起了广泛的研究兴趣，由于其优异的电子特性和值得称道的稳定性，已被应用于电子和光电器件中。然而，大规模均匀PtS x的合成仍然是一个挑战。在这里，我们研究了一种改进的化学气相沉积（CVD）方法，在 SiO 2 /Si 和 c 面蓝宝石衬底上生长大规模均匀的 PtS x薄膜，可以避免机械剥离方法在器件制造中的一些缺点。大面积均匀 PtS x薄膜是通过使用 H 2 的Pt 硫化实现的S气，代替传统方法中的硫粉，作为硫源。材料表征成功证明了我们改进的 CVD 方法是可行和可重复的，并且 PtS x薄膜可以在不同的基板上合成。PtS x光器件显示出良好的光响应特性，具有广泛的光谱响应范围。在我们的实验中，PtS x /sapphire 器件在探测率（9.17 × 10 9 Jones）和响应度（0.31 AW -1）方面表现出比 PtS x /SiO 2 /Si 器件更好的光响应，以及一年的空气稳定性，这可能是由于不同的 PtS x由于 PtS x和不同衬底之间的晶格失配差异而导致的薄膜质量。结果提供了大规模、均匀和稳定的 PtS x薄膜的设计和合成技术，以及一个光响应增强器件的例子，可推广到其他过渡金属二硫属化物 (TMDC) 和器件以供未来开发和应用.
更新日期：2021-09-16
https://www.x-mol.com/paper/1438581429173547008?adv
Volume 25, December 2021, 101176
YanhaoWangYunhongZhangQilinChengJinboPang YujinChuHaoJiJianweiGaoYingkuanHanLinHan HongLiu YuZhang
a
Institute of Marine Science and Technology, Shandong University, Qingdao 266200, China
b
Institute for Advanced Interdisciplinary Research (iAIR), University of Jinan, Jinan 250022, China
c
State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong University, Jinan, 250100, China
Received 10 July 2021, Revised 21 August 2021, Accepted 4 September 2021, Available online 16 September 2021, Version of Record 16 September 2021.
https://doi.org/10.1016/j.apmt.2021.101176
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352940721002407
