Phase-coupled Charge Transport in MoS2 Homostructures for Ultrabroadband UV-THz Photodetection, ACS Nano 20,19(2026)
二硫化鉬同質結構中的相位耦合電荷傳輸：實現紫外光至太赫茲光之超寬頻光偵測
Wen-Hao Chang, Yi-Cheng Chen, Yi-An Wei, Po-Hsiang Chuang, Ying-Kai Chen, Wun-Shan Zeng, Shang-Hsien Hsieh, Chia-Hao Chen, Chan-Shan Yang*, Ting-Hua Lu*, and Yann-Wen Lan*
2026/08/17
以單一二維半導體材料實現超寬頻光偵測仍面臨諸多挑戰。目前多數過渡金屬二硫族化合物（TMD）光偵測器的響應範圍主要侷限於可見光至近紅外光（NIR）波段，若欲進一步拓展其偵測頻譜，通常需仰賴複雜的異質結構設計或額外的化學處理。本研究提出一種具製程擴展性的二硫化鉬（MoS₂）混合相同質結構，將單層 1H、雙層 2H 與金屬性 1T′ 相域整合於連續的 MoS₂ 薄膜中。藉由電漿的擴散反應選擇性誘發 1T′ 相，可於材料內形成面內相接面及內建電場，促進光生載子的分離與傳輸，進而提升寬頻光電響應。此相耦合架構使單一 MoS₂ 材料即可實現橫跨紫外光至太赫茲（THz）的超寬頻偵測，其光譜範圍涵蓋 360 nm 至 1 mm。在紫外光至近紅外光波段，元件無需外加偏壓即可進行自供電操作，於 532 nm 與 633 nm 下的電壓響應度分別高達約 2680 V/W 與 1713 V/W，並具有約 19–32 μs 的快速響應時間；施加微小偏壓後，光電響應更可進一步延伸至太赫茲波段。此外，元件產生的高光生電壓可支援直接訊號讀取，有助於簡化偵測系統並降低整體功耗。研究結果顯示，藉由調控 MoS₂ 中的面內相耦合與電荷傳輸，可在無需複雜異質材料堆疊的情況下，建立兼具簡易製程、可擴展性與超寬頻響應的單一材料光偵測平台，並可適用於連續波與脈衝光源等多元操作條件。
研究動態
