第一作者：Junmeng Guo
通訊作者：王中林、翟俊宜
通訊單位：中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所
研究亮點(diǎn)：
1. 首次研究了壓電光電子學(xué)效應(yīng)對單層硫化鉬基NO2氣體傳感器性能的影響。
2. 發(fā)現(xiàn)應(yīng)變誘導(dǎo)的壓電勢可以通過改善肖特基勢壘有效地控制電子和光電子傳輸，進(jìn)一步的優(yōu)化氣體傳感器的性能。
NO2 FET傳感器
NO2是一種有毒氣體，被認(rèn)為是車輛排放、工業(yè)廢氣和環(huán)境監(jiān)測的關(guān)鍵指標(biāo)。開發(fā)簡單、低成本和高效率的傳感器來探測NO2氣體是非常有必要的。最近，基于二維的硫化鉬（MoS2）的場效應(yīng)晶體管（FET）傳感器由于對氣體分子的高響應(yīng)而引起研究者的興趣。
FET傳感器研究面臨的問題
然而，這些傳統(tǒng)的單個(gè)裸露的FET傳感器通常需要較大的外部柵極偏壓才能實(shí)現(xiàn)較高的靈敏度。特別是，對于原子薄的二維半導(dǎo)體材料，極大的柵極偏壓也是以犧牲壽命和增加功耗為代價(jià)的，這對于潛在的應(yīng)用具有不可避免的缺陷。
成果簡介
有鑒于此，中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林、翟俊宜課題組設(shè)計(jì)并制備了一種柔性的單層硫化鉬基的NO2氣體傳感器，通過施加應(yīng)變和光強(qiáng)顯著增強(qiáng)了NO2傳感器的性能。
TOC
傳統(tǒng)的場效應(yīng)晶體管基的NO2氣體傳感器即使在高柵極偏壓下，響應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間相對于實(shí)際應(yīng)用來說仍然是緩慢的。因此，迫切需要尋找其它方法來進(jìn)一步提高基于單層MoS2的氣體傳感器的探測性能。
該研究發(fā)現(xiàn)通過施加拉伸應(yīng)變和改變光強(qiáng)，在顯著提高基于單層MoS2的傳感器對NO2氣體檢測的靈敏度的同時(shí)急劇縮短響應(yīng)（恢復(fù)）時(shí)間。例如，在400ppb NO2條件下，應(yīng)變和光強(qiáng)改善的單層MoS2基的傳感器的最高靈敏度可達(dá)671％。更重要的是，響應(yīng)時(shí)間從6 min急劇減少到16 s，而恢復(fù)時(shí)間也僅需65 s。
壓電光電子學(xué)效應(yīng)激活的NO2氣體傳感器展示了優(yōu)越的性能。這種優(yōu)異的傳感特性應(yīng)歸功于光激活自由載流子傳輸和壓電效應(yīng)誘導(dǎo)的肖特基勢壘改性。這種簡單有效的方法為開發(fā)具有高傳感特性的柔性氣體傳感器提供了新的途徑，而且不局限于這一種感應(yīng)半導(dǎo)體材料或氣體分子。
在該研究中，研究者通過簡單的步驟制備了一種高性能的柔性氣體傳感器。這種基于非中心對稱結(jié)構(gòu)的超薄二維半導(dǎo)體材料的柔性傳感器為未來的小型化、便攜式和超靈敏氣體傳感系統(tǒng)的開發(fā)提供了思路。
小結(jié)
該研究首次展示了一種簡單、靈活和高效的增強(qiáng)氣體傳感的方法，通過壓電光電子學(xué)效應(yīng)顯著增強(qiáng)了NO2氣體的傳感性能，為開發(fā)具有高傳感特性的柔性氣體傳感器提供了新的途徑。
參考文獻(xiàn)：
Junmeng Guo, Rongmei Wen, Junyi Zhai, Zhong Lin Wang. Enhanced NO2 gas sensing of a single-layer MoS2 by photogating andpiezo-phototronic effects. Science Bulletin, 2019, 64(2): 128-135.
DOI: 10.1016/j.scib.2018.12.009
https://doi.org/10.1016/j.scib.2018.12.009
