近日，我院先进光电材料与器件物理课题组在光电探测器暗电流抑制及高灵敏弱光探测领域取得重要进展，相关研究成果以“Ultralow dark-current self-power VS₂/SiO₂/Si MIS photodiode for highly sensitive broadband detection”为题，发表于物理学国际知名期刊《Applied Physics Letters》。我院博士研究生郭佳文为第一作者，我院吴翟教授和河南省科学院贾诚副研究员为共同通讯作者，郑州大学物理学院为第一单位。

硅基光电器件因其性能优异、技术成熟，在通信和成像等领域应用广泛。基于硅基底或薄膜的层间结构光电二极管具备与CMOS技术兼容和小型化等核心优势。然而此类器件多为PN结或肖特基结结构，与商用硅光电二极管相比，暗电流密度普遍较高。因此，如何实现暗电流抑制与高灵敏度光响应，已成为开发高性能光电器件的重要挑战。器件结构工程被视为抑制暗电流的有效策略之一，通过在肖特基结界面引入超薄绝缘层，构建金属-绝缘体-半导体（MIS）型光电二极管，可有效提高界面势垒高度，显著抑制暗场条件下本征载流子的输运，同时保证在内建电场下光生载流子的高效传输，从而实现暗电流的有效抑制与光响应灵敏度的提升。

图1. VS₂/SiO₂/Si MIS光电二极管工作原理及性能

作为二维过渡金属硫属化合物，1T-VS₂具有接近零的带隙，展现出从紫外至红外的宽光谱响应能力，其无悬挂键和可堆叠特性与硅基合成工艺高度兼容。本研究通过原位金属转换法制备了大面积二维VS₂薄膜，并基于界面势垒工程成功构建了VS₂/SiO₂/Si MIS光电二极管。该探测器在零偏压条件下表现出优异的自驱动光电性能：暗电流低至2×10^-13A，弱光探测灵敏度达80nW/cm²，在980nm光照条件下的光暗电流比高达10⁷，探测波段覆盖265-2200nm范围。这些结果表明，该策略在抑制器件暗电流、提升光电子器件灵敏度方面具有重要潜力。

该项工作得到了国家自然科学基金-面上项目和河南省自然科学基金-杰出青年项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0289462