华东师范大学袁翔课题组报道了通过Co插层提高TaS2光电探测器的器件稳定性的方法。相关成果以“Enhanced Stability of TaS2 Photodetector by Co Intercalation”为题在线发表于ACS Materials Letters。
由于二维材料具有大的比表面积，二维器件通常对环境因素敏感，这对其可靠性和稳定性构成了挑战。增强这些器件的稳定性涉及解决化学稳定性、结构稳定性和热稳定性等问题。当前缓解这些问题的策略包括表面保护技术，例如通过转移技术用稳定的六方氮化硼进行覆盖或通过原子层沉积法涂覆金属氧化物层，这可以防止材料与周围大气发生化学反应。表面处理还可通过改变二维材料的表面化学性质来提高稳定性。但是这些方案，需要对材料进行额外的外部操作。本研究介绍了插层技术作为提高二维材料极其期间的稳定性可能的途径。
本工作中，我们比较了2H-TaS2和插层Co的Co0.22TaS2晶体所制备的微纳器件的光电响应。我们的研究结果表明，Co插层显著增强了光电器件的稳定性和性能。我们通过频率调制测量测量出插层器件的182 μs的有效响应时间；通过偏压分辨的光电流、空间扫描光电流分布图光电来源主要是光热电机制。本征器件在光照下数小时内会在出现响应度明显退化；而Co插层器件能保持近乎恒定的性能，其性能退化可忽略不计，两个月后，光响应度仍保持在98.8%，对应约9.4年的预计工作寿命。此外，Co插层也同时提高了器件性能，使响应度实现了2倍左右的增长。在真空条件下进行的对照实验排除了表面分子吸附的影响。我们通过DFT计算，认为这种稳定性提高可能来源于插层原子有效阻止水氧分子进入范德华层间。这种抑制作用减少了可能的层间氧化和光化学反应，从而显著增强了材料的抗降解能力和稳定性。这些结果为提高二维光电器件的稳定性和耐用性提供了一种有效的方法。
该课题由华东师范大学袁翔课题组完成。工作获得国家自然科学基金、上海市科委与华东师范大学的支持与资助。论文以华东师范大学为第一单位，袁翔为本文通讯作者，华东师范大学硕士刘炳林、博士孟祥浩为共同第一作者。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.4c01919