机械剥离MoSSe薄膜的宽谱紫外-可见-近红外光电探测器：快速响应与红外成像应用

针对二元过渡金属硫族化合物(TMDs)深缺陷态导致器件光响应性能受限的问题，研究人员通过机械剥离法制备了MoSSe基金属-半导体-金属(MSM)光电探测器。该器件在375-1550 nm波段展现出15 mA/W的高响应度、6.91×109 Jones的比探测率及43/38 ms的快速响应，并实现1550 nm通信波段的光电成像，为二维材料在宽带探测领域提供新思路。

　　

在光电探测领域，二元过渡金属硫族化合物(TMDs)虽因可调带隙和优异稳定性备受关注，但深缺陷态(DLDS)导致的载流子复合问题严重制约器件性能。传统化学气相沉积(CVD)和液相法制备的MoSSe器件存在成本高、材料不均等问题，而机械剥离法能获得高纯度材料却鲜有报道。针对这一技术空白，研究人员通过化学气相输运(CVT)结合机械剥离技术，成功制备出具有Janus结构的MoSSe薄膜探测器，其独特的S/Se原子不对称分布产生的内置偶极矩，为宽带探测提供了新方案。

研究采用机械剥离法制备3.2 nm厚MoSSe薄膜，通过原子力显微镜(AFM)和拉曼光谱表征材料特性，利用密度泛函理论(DFT)计算能带结构，并搭建单点扫描成像系统测试器件性能。

3.1 器件结构与样品表征
MSM结构探测器通过Au电极形成肖特基接触，MoSSe的Mo-Se键长(2.52 ?)大于Mo-S键长(2.42 ?)导致晶格畸变，打破面外对称性产生垂直偶极矩。第一性原理计算显示0.67 eV窄带隙使其理论吸收波长延伸至1850 nm，AFM证实材料具有4层结构且表面平整，拉曼光谱在180-430 cm^-1区间呈现MoSe₂和MoS₂特征峰。

3.2 器件性能分析
在1 V偏压下，器件对375-1550 nm光均产生非线性I-V响应，532 nm激光照射时获得1.5×10^-2 A/W响应度。基于白噪声电流计算的比探测率D₂*达6.48×10⁹ Jones，优于多数溶液法制备器件。43 ms的上升时间和38 ms的下降时间源于肖特基势垒加速载流子收集，14 dB消光比和47.2 dB线性动态范围(LDR)表明优异信噪比。

成像应用突破
通过1550 nm激光单点扫描系统，成功获取"HELLO"图案的光电流映射图像，不同光强(16.22-75.22 mW/cm²)下均保持清晰分辨率，证实其在通信波段的实用潜力。

该研究通过机械剥离法获得高性能MoSSe探测器，其宽带响应覆盖紫外至近红外二区(1550 nm)，较同类工作响应速度提升两个数量级。第一性原理计算与实验结果的相互验证，为二维材料缺陷工程提供理论指导。器件在红外成像领域的成功应用，标志着TMDs材料向实用化迈出关键一步，对智能医疗和光通信器件发展具有重要启示。论文发表于《Sensors and Actuators Reports》，为后续研究建立可重复的材料制备与性能评价体系。