范德华斯-肖特基结的基础和光电探测器应用

发布时间:2024-05-21 01:33:06.000Z

范德华斯-肖特基结的基础与光电探测器应用

 

金属半导体接触。Credit: Advanced Devices & Instrumentation

 

传统金属与二维半导体的结合部是半导体器件的关键部件。理想情况下,根据肖特基-莫特规则,可以根据能级的相对排列获得肖特基势垒高度(SBH)。然而,由于费米能级钉住(FLP)效应,Schottky-Mott规则无效,很难通过改变金属的功函数来调整SBH。SBH的精确设计和调制具有挑战性,必须解决FLP问题。

 

本文综述了vdW肖特基结的基本概念,包括界面处的能带对准和SBH提取模型。然后介绍了FLP的产生原因和消除FLP的策略。

 

在二维表面接触方面,分别提出了插入缓冲层、采用干转移法与三维金属接触、利用半金属材料构建全二维vdW接触等方法,以最大限度地减少SBH。

 

同时,通过刻蚀或相变的一维边缘接触也可以实现费米能级脱钉。在二维vdW肖特基结能有效抑制FLP效应的基础上,进一步介绍了静电门控、铁电极化和应变等外场对肖特基势垒的调制。

 

这项研究发表在《先进设备与仪器仪表》杂志上。总结了基于二维肖特基结的光电探测器的最新进展,这些探测器具有高灵敏度、自驱动工作和快速响应的特点。与传统的大块肖特基结光电探测器相比,二维肖特基结器件有望具有更低的暗电流

 

此外,由于消除了FLP,采用半金属二维材料的全二维vdW结具有更高的能量转换效率和对肖特基势垒的有效控制。肖特基结的可调性也使得光电二极管的可重构成为可能,这有利于实现多功能光电探测。

 

作者进一步从增强光吸收、延长波长范围、增加光增益和设计各向异性二维金属等方面总结了改进基于vdW肖特基结的光探测的策略。

 

肖特基结在光电探测领域有着重要的应用。然而,由于较强的FLP效应,二维Schottky结的整流和不受控制的载流子输运特性限制了其应用。

 

根据肖特基-莫特规则,不同种类的二维半金属为基于二维金属的功函数设计vdW肖特基结提供了丰富的选择。二维金属的费米能级可以很容易地调制,从而实现SBH的灵活调谐,这对于充分发挥二维肖特基结的潜力和进一步提高光电探测性能至关重要。

 

未来的研究方向可以集中在大规模vdW肖特基结的制造、肖特基势垒宽度的柔性调制和可调谐热电子光探测机制。

 

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