近日，西北工业大学黄维院士团队黄佛保课题组与三峡大学湖北省弱磁探测工程技术研究中心的胡功伟课题组合作，在国际顶级期刊《ACS Photonics》发表了一项突破性研究成果。研究团队在基于二维半导体MoS2/SnS2的n–n同型范德华异质结光探测器中，首次实现了通过“栅压+厚度”双重调控，可逆地翻转光探测器的整流极性，反转整流比高达1.45 × 104，同时获得“光伏/光电导”模式可调光探测。凸显出该器件设计在光探测器、二极管、晶体管、可编程逻辑器件等领域的多功能和高性能应用前景。
近年来，二维（2D）材料因其原子级厚度、可调带隙以及优异的载流子迁移率，已成为新一代光电器件的重要候选体系。相比传统的三维半导体，二维材料间由范德华力相互作用，可在不受晶格失配限制的情况下实现原子级平整的异质结界面，从而极大降低界面缺陷与散射损耗，使其在高灵敏光电探测、柔性电子以及低功耗逻辑电路等领域展现出独特的优势。通过灵活组合不同二维材料，可以实现能带结构、载流子极性、光响应范围的精确调控，为可编程与多功能化器件提供了丰富的物理平台。在此背景下，具有整流反转特性的异质结器件近年来成为研究热点。所谓整流反转，是指器件的整流方向可在外场调控下实现可逆翻转，这一特性对于实现可编程二极管、重构逻辑电路与智能光电元件具有重要意义。现有研究主要集中于p–n型异质结体系，例如基于MoS2/WSe2、MoTe2/MoS2等异质结构，通过外加栅压或光照可实现一定程度的整流极性调节。然而，这类 p-n异质结器件中难以获得明显的整流反转特性，而且双载流子导电机制同时实现二极管的高整流比和晶体管的高开关比较为困难。此外，目前多数研究将调控手段局限在外电场或化学掺杂上，鲜有工作系统探讨二维材料自身“厚度”对整流行为的内在影响。事实上，层厚的变化会直接改变二维材料的能带结构、载流子浓度及界面势垒分布，从而可能成为另一种有效而稳定的调控维度，但相关规律尚未得到系统揭示。
针对这一问题，科研团队提出并验证了一种全新的“栅压+厚度双调控”策略，在基于MoS2/SnS2的n–n同型范德华异质结中首次实现了可调谐的整流反转。与传统p–n结不同，该工作利用n–n同型异质结构的能带对齐，在栅压作用下灵活翻转界面内建电场方向，并通过改变层厚精确调节这一翻转行为的幅度与阈值。实验结果显示，在特定厚度组合下，器件的反向整流比高达1.45 × 104，同时场效应开关比高达106。而且，在厚度依赖的不同光探测模式下获得超过1012Jones的比探测率和105的光暗电流比。该研究不仅揭示了二维n–n同型异质结中厚度依赖的栅控能带调制规律，也开辟了利用栅压协同材料厚度实现整流反转与器件功能可编程化的新途径。
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acsphotonics.5c01625
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