在二维层状材料家族中，得到实验验证的材料种类已经达到上百种，基于这些丰富的层状二维材料，各种类型的结型光电探测器已经被广泛研究。这些探测器可以工作在零偏压条件下，并且具有高灵敏度以及快速响应的特性，使得结型光电探测器适用于低功耗、高性能集成电路。相比于异质结光电探测器，同质结光电探测器具有连续的能带结构，这有利于载流子顺利流通，因此同质结光电探测器具有更快的响应速度和更高的响应率。

本工作研究了MoSe2材料的替位掺杂，通过在化学气相沉积方法中控制元素配比，获得了掺杂浓度可调的MoSe2材料。利用第一性原理研究了Ta替位原子对材料的p型掺杂效应，并从实验上验证了材料的导电性随着Ta掺杂浓度的升高逐渐从n型到双极型再到p型的转变。利用这种载流子调控技术实现了高性能的同质pn结光电探测器和反相器，该器件具有超快的响应速度和宽谱段的探测能力，如图2所示。该成果以题为“Substitutionally doped MoSe2 for high-performance electronics and optoelectronics”发表在Small, 17, 2102855 (2021).

图2：Ta替位MoSe₂光伏型探测器

完成人：仲方、贺婷、胡伟达（胡伟达教授工作室）

学术影响：Small, 17, 2102855 (2021)