Resposta fotovoltaica pronunciada do fototransistor MoTe2 multicamadas com formulário de contato assimétrico

Resumo

Neste estudo, fabricamos MoTe ₂ do tipo p estável ao ar fototransistor usando Au como eletrodos, que mostra resposta fotovoltaica pronunciada no estado desligado com forma de contato assimétrica. Ao analisar a fotorresposta espacialmente resolvida usando microscopia de fotocorrente de varredura, descobrimos que as etapas potenciais são formadas na vizinhança dos eletrodos / MoTe ₂ interface devido ao doping do MoTe ₂ pelos contatos de metal. A etapa de potencial domina a separação de pares de elétron-buraco fotoexcitados em condição de curto-circuito ou com pequeno V _sd enviesado. Com base nessas descobertas, inferimos que a seção transversal de contato assimétrica entre MoTe ₂ -Fonte e MoTe ₂ - eletrodos de drenagem é a razão para formar corrente líquida diferente de zero e resposta fotovoltaica. Além disso, MoTe ₂ o fototransistor mostra uma resposta mais rápida em condição de curto-circuito do que com maior polarização V _sd dentro de um milissegundo, e sua faixa espectral pode ser estendida até a extremidade infravermelha de 1550 nm.

Histórico

O grafeno e materiais bidimensionais (2D) semelhantes existem na forma de pilhas de camadas fortemente ligadas com fraca atração intercamada, permitindo-se ser esfoliado em camadas atomicamente finas individuais, o que abriu novas possibilidades para a exploração da física 2D como bem como de aplicações de novos materiais [1,2,3,4,5,6,7,8,9]. Deles, dichalcogenetos de metais de transição semicondutores (TMDs) com a fórmula comum MX ₂ , onde M representa um metal de transição do grupo VI (M =Mo, W) e X para um elemento calcogênio (S, Se, Te), exibem bandgaps consideráveis [2, 3, 10, 11]. Além disso, esses flocos 2D TMD são flexíveis e livres de ligações pendentes entre camadas adjacentes [12, 13]. Essas propriedades únicas tornam os TMDs candidatos promissores para construir dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos [2,3,4, 14,15,16,17], como um transistor de efeito de campo de próxima geração (FET) em sub-10 nm [18] , diodo emissor de luz no chip [19,20,21] e dispositivos de heteroestrutura de Van der Waals [4, 5].

Ditelureto de molibdênio tipo 2H (2H-MoTe ₂ ) é um dos TMDs 2D típicos, que tem um bandgap indireto de 0,83 eV na forma em massa [22] e um bandgap direto de 1,1 eV quando é afinado em monocamada [23]. 2H-MoTe ₂ foi explorado para aplicações em spintrônica [24], FET [25,26,27], fotodetector [28,29,30,31,32] e célula solar [33]. Como a maioria dos materiais 2D, contatos elétricos de metal com 2H-MoTe ₂ desempenham um papel importante na realização de dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos de alto desempenho. Foi comprovado que dopagem de contato tipo p e tipo n e contato ohm podem ser realizados usando materiais de contato adequados [34,35,36,37,38,39,40], e eles podem, por sua vez, ser usados para construir dispositivos funcionais, como fotodetector fotovoltaico [37, 38] e díodo [37]. Até agora, o foco da pesquisa tem se concentrado na avaliação e estudo de contatos de metal-semicondutor comparando vários materiais de eletrodo, mas pouca atenção tem sido dada à comparação de formas de contato metal-semicondutor em profundidade, por exemplo, o mesmo material de contato com assimétrico seção transversal de contato.

Neste estudo, fabricamos MoTe ₂ do tipo p estável ao ar fototransistor com seção transversal de contato assimétrica entre MoTe ₂ -Fonte e MoTe ₂ - drene os eletrodos e investigue sua fotorresposta usando a varredura de fotocorrente em diferentes tensões de porta e fonte-dreno. Este estudo ajuda a revelar os perfis de potencial espacial e analisar o impacto do contato no dispositivo. Dados experimentais mostram que o dispositivo possui fotocorrente líquida diferente de zero em condição de curto-circuito e resposta fotovoltaica. A varredura do mapa de fotocorrente revela que forte fotocorrente é gerada nas proximidades da interface de contato em condição de curto-circuito ou com pequena tensão fonte-dreno ( V _sd ) polarizado, que indica que as etapas potenciais são formadas nas proximidades dos eletrodos / MoTe ₂ interface devido ao doping do MoTe ₂ pelos contatos de metal. Quando polarizada tensão V _sd sobe acima do degrau potencial, V _sd domina a separação de pares elétron-buraco fotoexcitados e fotocorrente ( I _PC =eu _sd - Eu _escuro ) pico aparece no centro do canal do dispositivo. Isso indica a seção transversal de contato assimétrica entre MoTe ₂ -Fonte e MoTe ₂ - eletrodos de drenagem é a razão para formar corrente líquida diferente de zero e resposta fotovoltaica. Este achado é útil para construir fotodetectores fotovoltaicos com baixo consumo de energia. Finalmente, testamos a fotocorrente resolvida no tempo e dependente do comprimento de onda de MoTe ₂ fototransistor, obtendo tempo de resposta abaixo de um milissegundo e descobrindo que sua faixa espectral pode ser estendida até a extremidade infravermelha de 1550 nm.

Resultados e discussão

Nós fabricamos dois MoTe ₂ com back-gated multicamadas fototransistores (D1 e D2) e medem sua fotorresposta. O dispositivo é identificado por um microscópio óptico e o MoTe ₂ correspondente espessura e qualidade são caracterizadas usando microscopia de força atômica (AFM) e espectro Raman. Todas as medições são realizadas em condições ambientais. A Figura 1a mostra a imagem ótica (esquerda) e a imagem AFM (direita) de D1 (D2 é mostrado no arquivo adicional 1:Figura S1. Os dados a seguir são coletados de D1, a menos que especificado de outra forma, e os dados de D2 são mostrados no arquivo adicional 1). O dispositivo consiste em eletrodo de origem, eletrodo de drenagem e amostra de canal de MoTe multi-camadas ₂ no SiO ₂ / p ⁺ -Si substrato. SiO ₂ filme com espessura de 300 nm é dielétrico e p ⁺ -Si funciona como um eletrodo back-gate. Os detalhes de D1 são caracterizados usando AFM, que mostra que MoTe multi-camadas ₂ straddles fonte e dreno eletrodos. O comprimento do canal é de 10 μm. MoTe ₂ a amostra no canal tem cerca de 23 nm de espessura (o perfil de altura é mostrado no arquivo adicional 1:Figura S2) e as larguras de MoTe ₂ -Fonte e MoTe ₂ - a seção transversal de contato do dreno é de 6,5 e 4,8 μm, respectivamente. A Figura 1b mostra o espectro Raman de MoTe ₂ amostra. As características dos modos ativos de Raman de A _1g (172 cm ⁻¹ ), E ¹ _2g (233 cm ⁻¹ ), e B ¹ _2g (289 cm ⁻¹ ) são claramente observados, confirmando a boa qualidade do MoTe ₂ no canal.

a Imagem ótica e imagem AFM de MoTe multi-camadas ₂ fototransistor. As barras de escala são 5 μm. b Espectro Raman de MoTe multi-camadas ₂ fototransistor com excitação de laser 514 nm. c Características de transferência e d características de saída de MoTe multi-camadas ₂ fototransistor

A medição elétrica indica que MoTe multi-camadas ₂ o fototransistor é do tipo p, conforme mostrado na Fig. 1c, que está no estado ligado na tensão de porta negativa e no estado desligado na tensão de porta positiva. A relação liga-desliga atual é 6,8 × 10 ³ quando tensão fonte-dreno V _sd é 1 V. A mobilidade do efeito de campo (μ) é 14,8 cm ² / V s de acordo com as características de transferência. Quando polarizada tensão V _sd diminui de 1 V para 100 mV, a corrente ligada e a corrente desligada diminuem e a relação liga-desliga ainda está acima de 6,0 × 10 ³ , conforme mostrado no Arquivo Adicional 1:Figura S3 (a) e (b). Quando a tensão da porta é varrida de - 20 para 20 V e depois de volta para - 20 V, MoTe multicamadas ₂ o fototransistor mostra pequena histerese (consulte o arquivo adicional 1:Figura S3 (c)) e condutância do tipo p estável ao ar, que se beneficia do processo de fabricação simples e MoTe livre de polímero ₂ amostra. Também fabricamos outro MoTe multicamadas ₂ fototransistor com espessura de 5, 10, 11, 12, 15,7 e 38 nm, respectivamente, conforme mostrado no Arquivo adicional 1:Figura S4. Todos eles mostram condutância do tipo p estável ao ar. A Figura 1d mostra as características de saída do MoTe ₂ de várias camadas transistor como tensão de porta traseira ( V _bg ) varia de - 20 a 4 V. Como visto, a resposta é essencialmente linear, especialmente em uma baixa tensão polarizada de V _sd , o que indica que há uma barreira Schottky baixa entre Au e MoTe ₂ no ar.

A Figura 2 mostra a fotorresposta de MoTe ₂ multicamadas fototransistor quando é iluminado por laser de onda contínua de 637 nm em condição ambiente, que é conduzido combinando o analisador de semicondutor Agilent B1500A com a estação de sonda Lakeshore. O tamanho do ponto do laser é maior que 200 μm de diâmetro e o dispositivo é coberto com intensidade de iluminação uniforme. A fotorresposta dependente de backgate e dependente de energia são mostradas no arquivo adicional 1:Figura S5. Conforme mostrado na Fig. 2a, quando uma tensão back-gate é 0 V, corrente fonte-dreno ( I _sd ) aumenta com a potência do laser. eu _sd vs. V _sd curvas em diferentes níveis de potência de iluminação se encontram em V _sd =0 V, que é claramente observado em um gráfico logarítmico de | I _sd | mostrado na figura de inserção da Fig. 2a. Quando V _bg =5 V, o fototransistor está no estado desligado (ver Fig. 1c), e a corrente de I _sd aumenta com a potência do laser de iluminação, exibindo um comportamento não linear claro, conforme mostrado na Fig. 2b. Além disso, o fototransistor mostra tensão de circuito aberto diferente de zero ( V _OC ) e corrente de curto-circuito ( I _SC ) com iluminação a laser, que é a evidência da resposta fotovoltaica do MoTe multi-camadas ₂ fototransistor. A Figura 2c mostra V _OC e eu _SC em função da potência de iluminação. V _OC permanece inalterado em 50 mV (a potência de iluminação é superior a 500 μW) e | I _SC | aumenta de 0 para 1,6 nA quando a potência do laser aumenta de 0 para 4175 μW. Quando mudamos a direção da tensão, V _OC e eu _SC permanecem inalterados como mostrado na Fig. 2d. V _sd representa a tensão carregada no eletrodo fonte e V _ds é carregado no eletrodo de dreno, e a corrente correspondente é indicada por I _sd e eu _ds , respectivamente. A imagem inserida na Fig. 2d ilustra a tensão e a direção da corrente. Esteja a tensão carregada no eletrodo de fonte ou dreno, o V _OC de 50 mV em relação à tensão da fonte e correspondente I _SC de 680 pA fluindo do eletrodo de dreno para o eletrodo de origem, ambos permanecem inalterados. Isso confirma a resposta fotovoltaica do MoTe ₂ de várias camadas fototransistor.

Fotorresposta de MoTe multi-camadas ₂ fototransistor iluminado por laser de comprimento de onda de 637 nm em condição ambiente. a eu _sd vs. V _sd curvas em V _bg =0 V conforme a potência de iluminação aumenta. b eu _sd vs. V _sd curvas em V _bg =5 V conforme a potência de iluminação aumenta. c V _OC e eu _SC em função da potência de iluminação. d Corrente de saída para tensão polarizada carregada no eletrodo de fonte e dreno, respectivamente

A fim de revelar o mecanismo de fotorresposta, especialmente a resposta fotovoltaica, realizamos um estudo de microscopia de fotocorrente de varredura (SPCM), que ajuda a obter os perfis de potencial espacial e analisar a fotorresposta espacialmente resolvida. O SPCM é executado usando uma configuração de fotocorrente de digitalização feita em casa em condições ambientais. A excitação óptica é fornecida pelo laser de luz branca supercontínuo SuperK EXTREME. Seu comprimento de onda varia de 400 a 2400 nm. O feixe, com comprimento de onda ajustável usando o filtro sintonizável de várias linhas SuperK SELECT, é focado no dispositivo usando uma lente objetiva de 20 ×. Um sistema de posicionamento de espelho galvanômetro é usado para fazer o feixe de laser escanear o dispositivo para obter mapas de fotocorrente. A luz refletida e a fotocorrente são gravadas com um pré-amplificador de corrente e um amplificador lock-in na frequência de chopper de 1 KHz.

A Figura 3 mostra a fotocorrente de varredura de D1 com um comprimento de onda de excitação de 1200 nm. O diâmetro do ponto do laser é de cerca de 4,4 µm, derivado da imagem refletida (consulte o arquivo adicional 1:Figura S7). A Figura 3a mostra a imagem ótica, juntamente com a configuração elétrica. eu _PC as medições são realizadas em condição de curto-circuito, em que o eletrodo da fonte é aterrado e I _PC é coletado do eletrodo de drenagem. A corrente que flui da fonte para o eletrodo de drenagem é positiva. A Figura 3b mostra a imagem de fotocorrente resolvida espacialmente coletada na tensão de porta ( V _bg ) de - 5, 0 e 5 V, respectivamente. Pode-se ver que o curto-circuito I _PC com polaridades opostas é forte na vizinhança das interfaces entre MoTe ₂ e os eletrodos. Quando V _bg é alterado de - 5 para 0 V, I _PC o padrão permanece inalterado, mas a intensidade diminui. V _bg é ainda aumentado para 5 V; eu _PC não apenas muda a polaridade, a posição do máximo I _PC também se afasta da interface de contato e entra no canal. A Figura 3c mostra o I _PC perfil tirado da linha tracejada preta na Fig. 3b em V _bg =- 5, 0 e 5 V, respectivamente. Isso demonstra claramente que eu _PC tem um amplo pico de intensidade perto da interface entre MoTe ₂ e eletrodos em V _bg =- 5 e 0 V, enquanto o pico se move para o canal, que está a cerca de 3 μm de distância da interface de contato e se torna mais estreito.

Imagens fotocorrentes com resolução espacial de D1 em função da tensão da porta. a A imagem ótica junto com a configuração elétrica. b Imagens fotocorrentes com resolução espacial em V _bg =- 5, 0 e 5 V, respectivamente. c eu _PC perfil coletado da linha tracejada preta na Fig. 3b. d Perfis potenciais correspondentes em V _bg =- 5, 0 e 5 V, respectivamente. As barras de escala são 5 μm em todas as figuras

A presença de eu _PC picos indica a existência de etapas potenciais na condição de curto-circuito. De acordo com o eu _PC distribuição, traçamos o perfil de potencial correspondente ao longo do canal do dispositivo, como mostrado na Fig. 3d. Em V _bg =- 5 e 0 V, as etapas potenciais estão perto da interface de contato entre MoTe ₂ e eletrodos, e eles se movem para o canal em V _bg =5 V. De acordo com o estudo anterior [41], o contato do eletrodo Au introduz dopagem p e fixa o nível de Fermi de MoTe ₂ na parte de contato. Assim, as etapas potenciais são formadas nas proximidades do eletrodo / MoTe ₂ interface como o nível de Fermi no canal é modulado pela tensão do portão. Em V _bg =0 V, um fraco I _PC é observado, que flui do eletrodo para MoTe ₂ canal. Significa que elétrons fotoexcitados derivam para o eletrodo próximo e buracos para MoTe ₂ canal. Em V _bg =- 5 V, a densidade do furo em MoTe ₂ canal é aprimorado e induz uma etapa de potencial maior na vizinhança do eletrodo / MoTe ₂ interface. Os pares elétron-buraco fotoexcitados podem ser separados de forma eficaz e I _PC aumenta. Quando V _bg =5 V, mais elétrons são injetados no MoTe ₂ canal, e o poço potencial é formado no canal. Por causa da eletrostática do eletrodo, as etapas potenciais se afastam do eletrodo e aparecem no canal. Os elétrons fotoexcitados derivam para o MoTe ₂ canal e orifícios em direção ao eletrodo próximo. eu _PC muda de direção em comparação com a de V _bg =- 5 e 0 V.

A Figura 4 mostra o I resolvido espacialmente _PC em V diferente _sd como V _bg =0 e 5 V, respectivamente. A Figura 4a mostra a imagem ótica, juntamente com a configuração elétrica. V _sd é carregado no eletrodo de origem, e I _PC é coletado do eletrodo de drenagem. A corrente que flui da fonte para o eletrodo de drenagem é positiva. A Figura 4b mostra I _PC em função de V _sd em V _bg =0 V. Quando V _sd =0, - 0,01 e 0,01 V, forte I _PC ocorre nas proximidades de MoTe ₂ / interface de eletrodos, então ele se move em direção ao centro do canal como V _sd aumenta para 0,1 V. Uma tendência semelhante é observada em V _bg =5 V como V _sd aumenta conforme mostrado na Fig. 4c. A Figura 4d mostra um claro I _PC pico no centro do canal do dispositivo como V _sd aumenta para 0,5 V. I _PC perfis tirados ao longo da linha tracejada preta na Fig. 4a são mostrados na Fig. 4e, f, que mostram claramente o I _PC tendência de variação como V _sd aumenta. Ambos indicam o máximo I _PC gerado nas proximidades da interface de contato em condição de curto-circuito ou com pequeno V _sd enviesado. Quando a tensão polarizada é aumentada, o pico da fotocorrente se move em direção ao centro do canal do dispositivo.

Imagens fotocorrentes com resolução espacial de D1 em função de V _sd . a A imagem ótica junto com a configuração elétrica. b Imagens fotocorrentes com resolução espacial em V _bg =0 V e V _sd =- 0,1, 0,01, 0, 0,01 e 0,1 V, respectivamente. c Imagens fotocorrentes com resolução espacial em V _bg =5 V e V _sd varia de - 0,1 a 0,1 V. d Imagens fotocorrentes com resolução espacial em V _bg =5 V e V _sd =0,5 V. e eu _PC perfil em V _bg =0 V e f eu _PC perfil em V _bg =5 V tomado ao longo da linha tracejada na Fig. 4a. As barras de escala são 5 μm em todas as figuras

Com base nessas descobertas, sabemos que a etapa potencial, formada nas proximidades dos eletrodos / MoTe ₂ interface devido ao doping do MoTe ₂ pelos contatos de metal, domina a separação de pares elétron-buraco fotoexcitados em condição de curto-circuito ou com pequeno V _sd enviesado. Assim, eu _PC no MoTe ₂ -a fonte é maior do que no MoTe ₂ - drenagem devido à interface de contato maior no MoTe ₂ -fonte, e a corrente líquida não é zero, enquanto a corrente líquida diferente de zero é menor que I _sd em V _bg =- 5 e 0 V (no estado), e maior do que em V _bg =5 V (no estado desligado). Portanto, observamos claro eu _SC em V _bg =5 V como mostrado na Fig. 2b e arquivo adicional 1:Figura S6 (b) - (f). Portanto, ambos eu _SC e o V correspondente _OC são os resultados da etapa potencial e do contato assimétrico. Além disso, fabricamos amostra D2 com seção transversal de contato mais assimétrica, conforme mostrado no Arquivo adicional 1:Figura S1, em comparação com D1. Ele mostra uma resposta fotovoltaica semelhante, com V _OC tão alto quanto 150 mV quando V _bg =5 V e o comprimento de onda do laser de iluminação é 637 nm. Quando o comprimento de onda de iluminação varia para 830, 940, 1064 e 1312 nm, D2 mostra uma resposta fotovoltaica semelhante em V _bg =5 V (ver arquivo adicional 1:Figura S6). Também fabricamos outros quatro dispositivos, conforme mostrado no arquivo adicional 1:Figura S8, eles demonstram o comportamento semelhante ao que foi mostrado em D1 e D2. Esses dados confirmam ainda que a resposta fotovoltaica de MoTe multi-camadas ₂ fototransistor é o resultado da seção transversal de contato assimétrica entre MoTe ₂ -Fonte e MoTe ₂ - eletrodos de drenagem.

Finalmente, testamos o tempo de fotorresposta e a faixa espectral de MoTe multi-camadas ₂ fototransistor. A Figura 5a mostra a fotocorrente resolvida no tempo em V _bg =5 V e V _sd =0 e 1 V, respectivamente, que são registrados usando um pré-amplificador de corrente e osciloscópio. O laser de excitação é uma onda quadrada com 2 ms de largura e 637 nm de comprimento de onda. As correntes coletadas sob V _sd =0 e 1 V mostram direção oposta, o que é consistente com os dados fornecidos na Fig. 2b, e é um resultado da diferença entre V _OC e V _sd . O tempo de subida e o tempo de queda da fotorresposta são definidos como o tempo entre 10 e 90% da fotocorrente total. Como visto, o tempo de subida \ (\ left ({\ tau} _ {\ mathrm {rise}} ^ 0 \ right) \) é 20 μs e o tempo de queda \ (\ left (\ {\ tau} _ {\ mathrm {queda}} ^ 0 \ \ direita) \) é 127 μs em V _sd =0 V, e o tempo de subida \ (\ left ({\ tau} _ {\ mathrm {rise}} ^ 1 \ right) \) é 210 μs e o tempo de queda \ (\ left ({\ tau} _ {\ mathrm {queda}} ^ 1 \ direita) \) é 302 μs em V _sd =1 V, que são maiores do que em V _sd =0 V. Isso se deve ao mecanismo diferente de geração de fotocorrente. Em V _sd =0 V, a fotocorrente potencial dominada por etapas é gerada na vizinhança do eletrodo / MoTe ₂ interface. Em V _sd =1 V, a fotocorrente é gerada no canal do dispositivo, e as portadoras fotoexcitadas têm que passar pelo canal para chegar ao eletrodo, o que leva mais tempo do que a geração próxima ao eletrodo / MoTe ₂ interface. Assim, o dispositivo mostra um tempo de fotorresposta mais longo em V _sd =1 V do que em V _sd =0 V. Além de trabalhar na banda visível, um MoTe multicamadas ₂ o fototransistor tem fotorresposta na banda do infravermelho próximo. A Figura 5b mostra que sua fotorresposta pode ser estendida de 1200 a 1550 nm. A excitação óptica, fornecida pelo laser de luz branca supercontínuo SuperK EXTREME, é focada no centro do canal do dispositivo usando uma lente objetiva de 20 × com um diâmetro de ponto de 4,4 μm. Os dados indicam que MoTe multi-camadas ₂ fototransistor pode ser usado na banda de comunicação.

Tempo de fotorresposta e faixa espectral de MoTe multi-camadas ₂ fototransistor. a Fotocorrente resolvida com tempo em V _bg =5 V e V _sd =0 V (linha preta) e 1 V (linha vermelha), respectivamente. b Fotorresposta em diferentes comprimentos de onda de fotoexcitação

Conclusões

Em resumo, fabricamos MoTe ₂ do tipo p estável ao ar, com várias camadas fototransistor com forma de contato assimétrica. Sua fotorresposta é investigada usando a varredura de fotocorrente em diferentes portas e tensões de fonte-dreno, o que ajuda a revelar os perfis de potencial espacial. Os resultados indicam que a etapa potencial, formada na vizinhança dos eletrodos / MoTe ₂ interface devido ao doping do MoTe ₂ pelos contatos de metal, desempenha um papel importante na separação de pares elétron-buraco fotoexcitados em condição de curto-circuito ou com pequeno V _sd enviesado. A corrente líquida é diferente de zero quando existe passo potencial com seção transversal de contato assimétrica entre MoTe ₂ -Fonte e MoTe ₂ - eletrodos de drenagem. Quando polarizada tensão V _sd sobe acima do nível potencial, V _sd domina a separação de pares elétron-buraco fotoexcitados, e I _PC pico aparece no centro do canal do dispositivo. Além disso, MoTe ₂ o fototransistor mostra uma resposta mais rápida em condição de curto-circuito do que com maior polarização V _sd dentro de um milissegundo, e sua faixa espectral pode ser estendida até a extremidade infravermelha de 1550 nm.

Métodos / Experimental

MoTe multicamadas back-gated ₂ os fototransistores são fabricados da seguinte maneira. Primeiro, os eletrodos de origem, dreno e porta são padronizados em SiO ₂ de 300 nm / p ⁺ -Si substrato usando técnicas de fotolitografia UV padrão, seguido por corrosão seletiva de 300 nm SiO ₂ abaixo do eletrodo de porta e evaporação de feixe E de um 5 nm / 100 nm Cr / Au filmes. Em segundo lugar, o MoTe multicamadas ₂ amostra é preparada em outro 300 nm SiO ₂ / p ⁺ -Si substrato por esfoliação mecânica de 2H-MoTe semicondutor de tamanho mm ₂ cristais únicos, que são cultivados por transporte químico de vapor usando TeCl ₄ como o agente de transporte em um gradiente de temperatura de 750 a 700 ° C por 3 dias. Finalmente, o MoTe multi-camadas preparado ₂ a amostra é transferida para eletrodos fonte-dreno padronizados usando álcool polivinílico (PVA) como meio. PVA é dissolvido em H ₂ O e enxaguado com álcool isopropílico. MoTe multicamadas ₂ as amostras são identificadas por um microscópio óptico, e a espessura correspondente é caracterizada usando a microscopia de força atômica SPA-300HV (AFM). Os sinais Raman são coletados por um espectrômetro LabRAM HR Raman com excitação de laser de comprimento de onda de 514 nm na configuração de retroespalhamento usando uma objetiva de 100 ×.

A caracterização elétrica e a fotorresposta para a excitação do laser de 637 nm são realizadas combinando o analisador de semicondutor Agilent B1500A com a estação de sonda Lakeshore. O laser é iluminado no dispositivo usando fibra e o tamanho do ponto é maior que 200 μm. A fotocorrente resolvida no tempo é registrada usando um pré-amplificador de corrente DL1211 e um osciloscópio MSOX3024T da Keysight. A fotocorrente resolvida espacialmente é conduzida usando uma configuração caseira. O laser de excitação é fornecido pelo laser de luz branca supercontínuo SuperK EXTREME com um acessório de filtro sintonizável de várias linhas SuperK SELECT para ajustar o comprimento de onda. A luz é focada no dispositivo usando uma lente objetiva de 20 × e é cortada com SR570. A luz refletida e a fotocorrente são gravadas com o pré-amplificador de corrente DL1211 e o amplificador lock-in SR830.

Abreviações

2D:: Bidimensional
2H-MoTe ₂ :: Ditelureto de molibdênio tipo 2H
AFM:: Força atômica microscópica
FET:: Transistor de efeito de campo
I _PC :: Fotocorrente
I _SC :: Corrente de curto-circuito
I _sd :: Fonte-dreno de corrente
PVA:: Álcool polivinílico
TMDs:: Dichalcogenetos de metais de transição
V _bg :: Tensão de back-gate
V _OC :: Voltagem de circuito aberto
V _sd :: Tensão de drenagem da fonte
τ _queda :: Tempo de outono
τ _aumento :: Tempo de subida

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