硫化銦——具有寬譜響應光電探測性能的新型二維材料

近年來，全球興起了一股新型二維材料研究的熱潮。當厚度減薄至原子級，二維材料呈現出較強的光與物質相互作用、高透光性、優異的機械柔韌性和易於多功能化集成等優點，使其成為未來光電子器件領域最有潛力的材料之一。其中，寬譜光電探測器作為核心光電子器件，覆蓋紫外至近紅外光譜範圍，廣泛應用於光成像、光通訊、生物感測及檢測等領域。不同於大多數報道的熱門二維材料如二硫化鉬（MoS2）和硫化錸（ReS2），硫化銦（In2S3）是一種天生的缺陷晶體材料，其特有的晶格缺陷賦予其特殊的光電性能——較寬的光譜響應範圍，使其在寬譜光電探測領域顯示出潛在的應用價值。然而，目前報道合成二維In2S3方法大多是液相法，表面存在大量雜質或殘留物，嚴重限制了其在光電探測領域的應用。因此，尋找一種有效的方法實現高質量In2S3二維材料的可控合成將有助於促進其在光電子器件領域的實際應用。

近日，華中科技大學材料科學與工程學院翟天佑教授課題組首次通過化學氣相沉積法在限域空間內成功獲得了一種新型的高質量二維III-VI族半導體——硫化銦（In2S3），通過控制限域空間的大小，實現了In2S3二維材料大小、厚度及形貌的可控合成，基於In2S3二維材料的光電探測器件展現了優異的寬譜光響應性能。結果顯示，該光電探測器可探測可見光至近紅外光信號，光響應度可高達到137 A W-1，在脈衝光信號下響應速度可快至毫秒級（6 ms）。除此以外，正是由於In2S3晶格內部缺陷的存在，其光電流大小隨光照功率的增加呈現有趣的線性變化。該項研究成果對進一步推動In2S3在寬譜光電子器件領域的應用具有重要意義，也為其他二維材料的可控合成提供新的思路。

相關論文發表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201702448）上。

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