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一、通過提高 【研究背景】 ?
由于二維材料具有大的插層測器材料比表面積，二維器件通常對環境因素敏感，電探的器定性這對其可靠性和穩定性構成了挑戰。通過提高增強這些器件的插層測器材料穩定性涉及解決化學穩定性、結構穩定性和熱穩定性等問題。電探的器定性當前緩解這些問題的通過提高策略包括表面保護技術，例如通過轉移技術用穩定的插層測器材料六方氮化硼進行覆蓋或通過原子層沉積法涂覆金屬氧化物層，這可以防止材料與周圍大氣發生化學反應。電探的器定性表面處理還可通過改變二維材料的通過提高表面化學性質來提高穩定性。但是插層測器材料這些方案，需要對材料進行額外的電探的器定性外部操作。本研究介紹了插層技術作為提高二維材料的通過提高穩定性可能的途徑。
二、插層測器材料【成果掠影】
本工作中，電探的器定性我們比較了2H-TaS2和插層Co的Co0.22TaS2晶體所制備的微納器件的光電響應。我們的研究結果表明，Co插層顯著增強了光電器件的穩定性和性能。我們通過頻率調制測量出插層器件的182 μs的有效響應時間；通過偏壓分辨的光電流、空間掃描光電流分布圖光電來源主要是光熱電機制。本征器件在光照下數小時內會在出現響應度明顯退化；而Co插層器件能保持近乎恒定的性能，其性能退化可忽略不計，兩個月后，光響應度仍保持在98.8%，對應約9.4年的預計工作壽命。此外，Co插層也同時提高了器件性能，使響應度實現了2倍左右的增長。在真空條件下進行的對照實驗排除了表面分子吸附的影響。我們通過DFT計算，認為這種穩定性提高可能來源于插層原子有效阻止水氧分子進入范德華層間。這種抑制作用減少了可能的層間氧化和光化學反應，從而顯著增強了材料的抗降解能力和穩定性。這些結果為提高二維光電器件的穩定性和耐用性提供了一種有效的方法。
該課題由華東師范大學袁翔課題組完成。工作獲得國家自然科學基金、上海市科委與華東師范大學的支持與資助。論文以華東師范大學為第一單位，袁翔為本文通訊作者，華東師范大學碩士劉炳林、博士孟祥浩為共同第一作者
三、【數據概覽】
圖1??Co0.22TaS2單晶體的合成與表征。 (a) Co0.22TaS2?的晶體結構。(b)生長Co0.22TaS2的過程示意圖。(c)?Co0.22TaS2單晶。(d) XRD圖譜。(e) EDX能譜。(f)拉曼光譜。(g)溫度依賴的電阻率。箭頭指示可能的鐵磁相變。(h) 不同溫度下的縱向磁阻ρxx。(i) 不同溫度下測量的霍爾電阻ρxy。
圖2??多層Co0.22TaS2器件的光電流產生機制。 (a) Co0.22TaS2器件與測試示意圖。 (b) 在Co0.22TaS2器件中觀察到光熱電效應 (c)光電流空間分布。 (d) 沿 (c) 圖中紅色虛線的光電流分布曲線。
圖3??Co0.22TaS2器件的光電流特征和性能。(a) 多層2H-TaS2和Co0.22TaS2?器件光響應度的對比圖。(b) 短路光電流隨光功率亞線性變化。(c) 器件的響應率與激發功率的關系圖。(d) Co0.22TaS2?器件的頻率相關光電流響應，擬合得到的響應時間為τ?≈ 182 μs。(e) 短期開關穩定性測試。(f) 兩個月后的長期穩定性測試。
圖4光電穩定性比較。(a) 在大氣條件下測量的2H-TaS2器件在不同光功率下的光電流。(b) 2H-TaS2器件的響應度作為光功率的函數。(c - f) 2H-TaS2和Co0.22TaS2器件在環境和真空條件下的短期穩定性測試。
圖5通過Co插層增強穩定性的機制。Co原子被插入到2H-TaS2的層間， 插層原子的存在減少了水和氧分子進入層間空間，從而增強了光電器件的穩定性。
四、【成果啟示】
該研究提示原子插層可能大幅提高二維電子和光電子器件的穩定性。
原文詳情：
Enhanced Stability of TaS2 Photodetector by Co Intercalation
ACS Materials Letters
January 20, 2025
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.4c01919
本文由孟祥浩供稿
