高功耗限制着新一代大面积、轻柔、多功能光电子器件的发展。近日，我司杨再兴教授课题组首次采用源栅晶体管（Source-gated transistor）成功构筑了超低功耗光电探测器，相关结果以“New Approach to Low-Power-Consumption, High-Performance Photodetectors Enabled by Nanowire Source-Gated Transistors”为题发表在《Nano Letters》（DOI: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04013）期刊上。
相比于常见的背栅场效应晶体管（Back-gated transistor）光电探测器，本工作中首次采用源栅晶体管（Source-gated transistor）充当了光电探测器件。源栅晶体管的电流由金半接触处控制而非沟道半导体控制，因此具有低饱和电压、低饱和电流、低功耗、高增益和抑制短沟道效应等特点。基于低功耗的源栅晶体管构筑的光电探测器，其功耗低至11.96 nW，远低于当前报道的工作在饱和区域的光电晶体管。器件的响应度和探测率也高达7.86×1012 V×W-1和5.87×1013 Jones。另外，本工作成功利用电压参数作为光电探测器件的探测信号：基于低维半导体构筑的光电探测器件，一般选择电流作为探测信号且探测电流大多是皮安或者纳安级别。本工作中利用源栅晶体管的低饱和电压特性，采用电压做为探测信号，达伏特级别（6.6×10-1 V），更易于探测。最后，本工作研究了具有二维晶体结构半导体的一维体系的光电探测行为：近几年，转角电子学（Twistronics）发展迅速，其中将具有二维晶体结构的半导体高质量生长为有一定旋转角度的一维纳米线也是热点。本工作就研究了该种纳米线的另外一种重要特性：光电探测行为。由于富硫层的存在，该种纳米线表现出双向光探测行为，有望应用于光学逻辑运算、人工神经形态系统、可切换光成像和光通信等领域。
本院为论文第一通讯单位，本院二年级博士生王明绪为第一作者，特别资助类博士后庄昕明博士、宋克鹏研究员和杨再兴教授为共同通讯作者。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省泰山学者、公司杰出青年学者等项目的支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c04013
图1. 源栅晶体管工作示意图及性能比较。
作者：王明旭
