二维半导体材料凭借薄、柔、透的特性和优异的光电性能，已被开发为结构多样的高性能光电器件。尤其是其原子级厚度特性，有望大幅提高芯片系统的集成度。然而，二维半导体光电器件仍存在一些问题，制约着大规模商业化应用。

光电晶体管在光门控效应下可获得10⁶以上的高增益，但响应时间甚至会被拉长至秒级，即领域内知名的“增益—速度”矛盾，不利于其在快速探测方面的应用。针对这个问题，课题组近期提出了一种基于范德华异质结MoS₂/PtSe₂悬浮栅的光伏型石墨烯光电晶体管，通过结合光伏效应与光门控效应，有效克服“增益—速度”矛盾。器件利用MoS₂/PtSe₂的超快光伏效应吸光并分离光生电子—空穴对，表面积累的电荷将对石墨烯沟道产生门控效应，大大提高器件的光电导增益，而响应时间主要取决于石墨烯沟道中载流子的渡越时间。实验结果表明，器件可实现10⁸以上的高增益和小于550 ns的快速响应，综合性能达到国际领先水平。器件还表现出宽光谱响应（405-1550 nm），且比探测度保持在10¹¹ Jones以上。研究成果充分显示了二维光伏型光电晶体管在高增益、快速光电探测领域的应用潜力，并以“High-speed and high-gain graphene photovoltaic phototransistor gated by a van der Waals heterojunction”为题发表于国际知名期刊Nano Letters。论文的共同第一作者为伟德bv1946博士研究生尹一涵和硕士研究生张家弋，通讯作者为伟德bv1946罗小光副教授和物理科学与技术公司甘雪涛教授。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c01932

图1. 光伏型石墨烯光电晶体管的设计思路与性能优势

浮栅光电器件在非易失性光电领域具有重要应用前景，尤其是在非冯∙诺依曼架构和AI硬件系统中，可提供“感—存—算一体化”的功能单元。然而，浮栅器件的可重构特性仍差强人意，尤其是在正、负光电响应可切换的器件中。近期，课题组基于双浮栅结构提出了一种“时空编程”的器件概念：通过时域栅压脉冲序列输入，即可在双浮栅中产生可编辑的空间电荷分布，最终在二维双极性半导体MoTe₂沟道中实现p-n和n-p同质结的非易失可重构切换。器件设计的关键在于非对称的电荷隧穿层，对应不同的隧穿阈值电压。利用器件的非易失性、可重构特性，研究展示了逻辑编码、可控整流、光电探测和感内计算的多项功能。相关研究成果以“Spatiotemporal programming via asymmetric dielectric engineering for nonvolatile 2D optoelectronics”为题发表在国际知名期刊Nano Letters上。伟德bv1946罗小光副教授、硕士研究生张小龙和王家明、香港科技大学（广州）博士研究生Honglei Chen为该论文的共同第一作者，通讯作者为伟德bv1946罗小光副教授、香港科技大学（广州）许人镜教授、物理科学与技术公司甘雪涛教授等。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c03275

图2. 时空调控的非易失性、可重构二维双浮栅光电器件

以上成果均以伟德bv1946为第一完成单位和第一通讯作者单位，并得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划项目的支持。

（图文：罗小光 审核：王学文）