Au 修饰 MoS2纳米片助力高性能光电探测器：开启光电子新时代

为提升 MoS2光电探测器性能，来自伊朗赞詹大学的研究人员开展了 Au 修饰 MoS2纳米片的研究。他们制备了 Au/MoS2纳米异质结（NHs），测试其性能，发现该器件性能优异，为光电子应用提供新方向。

　　在光电子领域，光电探测器（将光信号转换为电信号的器件）就像人类的 “光感神经元”，广泛应用于视频成像、光通信、生物医学成像等诸多方面。然而，传统的光电探测器材料存在诸多问题，比如石墨烯虽有潜力，但在光电子应用中存在低吸收和光响应性差的问题。而二硫化钼（MoS₂）因其独特的性质，如层依赖的可调带隙（从体相的 1.2eV 到单层的 1.9eV）、强光子 - 电子相互作用等，成为了备受瞩目的新型材料。为了进一步挖掘 MoS₂在光电探测器中的潜力，伊朗赞詹大学（University of Zanjan）的研究人员进行了深入研究，相关成果发表在《Heliyon》杂志上。

研究人员采用了热化学气相沉积（TCVD）和物理气相沉积（PVD）两种关键技术方法。首先，利用 TCVD 法在 SiO₂/Si 衬底上合成 MoS₂纳米片（NSs）；随后，通过 PVD 法在 MoS₂NSs 上装饰 Au，形成 Au/MoS₂纳米异质结（NHs）。接着，运用 X 射线衍射、拉曼光谱和紫外 - 可见光谱等手段对样品的结构和光学性质进行分析，并测试了基于 MoS₂NSs 的光电探测器在不同光照条件下的性能。

一、UV - 可见光谱分析结果
研究人员通过 UV - 可见光谱分析样品的光学性质。结果显示，Au/MoS₂NHs 在可见光区域的光吸收增强，这得益于 Au 装饰过程中的表面等离子体共振吸收。对于纯 MoS₂NSs，其第一吸收边出现在约 715nm 处，对应于布里渊区 K 点的直接跃迁。金属层沉积后，第一吸收边红移至 725nm，且两个激子峰也发生红移。此外，Au 沉积后峰强度下降，这表明 Au - MoS₂光电探测器电流的增加可能与 MoS₂NSs 和 Au 之间载流子迁移率的增强有关，而非光波长的吸收。同时，Au 的添加增强了 MoS₂在可见区域的消光和折射性能，其介电常数和耗散因子也有所改善。

二、拉曼光谱分析结果
拉曼光谱分析表明，在 Au/MoS₂NSs 光谱中，与纯 MoS₂样品相比，MoS₂的面内振动模式 E_2g¹、面外振动模式 A_1g和 2LA（M）模式的频率均发生了变化。Au 与 MoS₂的接触增强了电子浓度，导致 A_1g模式红移，E_2g¹模式明显增强，且 A_1g/E_2g¹的强度比从 2.4 降至 1.1。

三、XRD 分析结果
XRD 分析用于研究 MoS₂NSs 和 Au/MoS₂NHs 的晶体结构和晶格参数。结果显示，Au 修饰后，MoS₂结构的结晶峰向大角度移动，晶格应变和平均晶粒尺寸增大。通过计算，MoS₂的平均晶粒尺寸为 58.2nm，Au/MoS₂增大至 63.6nm，且 Au/MoS₂的位错密度降低。

四、光电流性能测试结果
研究人员在不同光照条件下研究了基于 MoS₂NSs 的光电探测器的光电流性能。结果表明，Au/MoS₂光电探测器比纯 MoS₂器件具有更高的电流幅值，且在 635nm 入射光下电流幅值最高。在 5V 电压下，不同波长和功率的光照下，Au/MoS₂/SiO₂/Si 光电探测器的光电流均比 MoS₂/SiO₂/Si 光电探测器有显著提升。同时，随着入射光波长增加，器件的响应度（R）、探测率（D）和外量子效率（EQE）提高，噪声等效功率（NEP）降低；而随着激光功率增加，R、D 和 EQE 降低，NEP 提高。此外，Au/MoS₂/SiO₂/Si 光电探测器的 Rs 值更低，响应时间更快（7.38s），且在多次循环中表现出良好的稳定性和重现性。

研究结论表明，通过 TCVD 和 PVD 方法制备的 MoS₂纳米结构和 Au/MoS₂纳米异质结在高性能光电探测器方面展现出优异的潜力。Au/MoS₂/SiO₂/Si 器件在 635nm 处具有高响应度（53.49mA/W）、高探测率（8.08×10¹⁰Jones）和出色的 EQE（104.52%）。该研究为光电子领域提供了新的材料选择和研究方向，有望推动相关技术的进一步发展，在未来的光通信、生物医学成像等领域发挥重要作用。