通过砷取代调控黑磷带隙用于高性能光电探测器件（英文）

作者：汪洋; 陈程; 唐梓铭; 陆欢; 曹水艳; 张伟; 易敏; 张凯^*; 刘衍朋^*; 郭万林^*

来源：Science China-Materials, 2023, 66(06): 2364-2371.

• black phosphorus
• arsenic substitution
• scanning tunneling microscope
• bandgap
• photodetector

多层黑磷的带隙(～0.33 eV)覆盖～3.7微米光谱范围,在红外应用方面有巨大潜力.然而进一步降低带隙使其可用于远红外器件仍面临挑战.此外,黑磷材料及器件饱受空气稳定性差的困扰.因此,我们提出了同系物砷取代的策略,实现了对黑磷带隙的调控和稳定性的增强.通过优化化学气相传输的生长参数,我们制备出砷含量可控的毫米级黑磷母体.经扫描隧道显微镜和能谱分析,砷原子随机嵌入黑磷的主晶格中并保留了原有几近完美的晶格排列.对于60%砷含量的多层黑磷,其电学带隙降低至～0.16±0.02 eV并伴随强的p型掺杂.受益于较小的晶格畸变和强掺杂效应,基于砷取代黑磷的光电器件表现出高达约882 mA W-1的光响应率,远超未取代的黑磷基光电器件(约314 mA W-1).更为重要的是,砷取代的黑磷器件在暴露大气环境(温度～20℃;湿度～33%) 48小时后未表现出明显的氧化迹象.本文为开发黑磷基、可长时间运行的光电探测器和光调制器件提供了新途径.

• 单位
  南京航空航天大学; 中国科学院; 中国科学技术大学; 机械结构力学及控制国家重点实验室