極陡峭亞閾值擺幅場效應晶體管實高靈敏室溫光電探測

　　近日，中科院上海技術物理研究所王建祿研究員,胡偉達研究員與中科院微電子所劉琦研究員等人合作，設計出一種極陡峭亞閾值擺幅的場效應晶體管，并基于該結構實現了極高靈敏光電探測功能，綜合利用了鐵電負電容效應、鐵電極化誘導局域場效應及“photogating”效應，基于鐵電局域靜電場和鐵電負電容效應的共同作用，實現極高探測率的室溫光電探測。

　　該光電晶體管的工作電壓設定為器件在暗態下的閾值電壓點，此時柵介質鐵電層極化方向向下，鐵電局域靜電場將MoS2半導體溝道電子耗盡，有效抑制器件暗電流，提高器件信噪比。研究發現在光照下器件轉移特性曲線閾值電壓點發生左移，如圖所示。該現象源于光照多層MoS2吸收光子激發電子-空穴對，其中大量空穴被柵極鐵電局域靜電場捕獲，從而產生強的“photogating”效應。通過綜合運用鐵電負電容效應實現的極陡峭轉移特性（極低亞閾值擺幅）、輔以鐵電極化局域強場對半導體溝道背景載流子的抑制效應（極低暗電流），同時借助于鐵電局域靜電場的作用下捕獲大量空穴，產生“photogating”效應（類似光照誘導轉移曲線平移），獲得了極高的信噪比（>107），從而實現具有高探測率光電探測器件。本研究中提出的負電容光電晶體管及其工作機理，是一種普適的高靈敏光電探測器構建方法，可廣泛應用于半導體光電器件中，為研制超新型高靈敏光電探測器提供了新思路。

器件結構示意圖

　　該項工作得到了國家自然科學基金委、科技部及中科院的經費支持。