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物理学 > 仪器与探测器

arXiv:2507.13909 (physics)
[提交于 2025年7月18日 ]

标题: 基于金刚石-MoS$_2$异质结的自供电、超薄、柔性且可扩展的紫外探测器

标题: Self-Powered, Ultra-thin, Flexible, and Scalable Ultraviolet Detector Utilizing Diamond-MoS$_2$ Heterojunction

Authors:Yicheng Wang, Jixiang Jing, Yumeng Luo, Xiaomin Wang, Kuan Liang, Changsheng Chen, Dong-Keun Ki, Ye Zhu, Zhongqiang Wang, Qi Wang, Kwai Hei Li, Zhiqin Chu
摘要: 随着太空探索、环境监测和农业生产力对紫外线(UV)感测需求的不断增长,需要既环境适应性又机械耐久的探测器。 金刚石具有高带隙和紫外吸收特性、优异的机械/化学稳定性以及良好的热稳定性,成为在各种场景下下一代紫外检测的极具前景的材料。 然而,传统的基于金刚石的紫外探测器受到刚性块状结构和对外部电源的依赖的限制,阻碍了其与弯曲和柔性平台的集成,并由于辅助电源需求而使设备扩展变得复杂。 为了解决这些挑战,本文首次通过异质集成MoS$_2$单层与超薄、自支撑的金刚石膜,展示了一种大规模、自供电且柔性的金刚石紫外探测器。 该器件在零外部偏压下运行,并在220 nm处表现出高达94 mA W$^{-1}$的响应率和5.88 x 109 Jones的检测率。 值得注意的是,机械弯曲能够引起金刚石膜的应变诱导带隙调制,从而实现动态可调的光电响应——这是刚性金刚石对应物所不具备的能力。 为了验证其实用性和可扩展性,展示了一个3x3像素的原理验证紫外成像仪。 这种新开发的配置无疑将为新兴技术提供可扩展、可集成、柔性且成本效益高的紫外感测解决方案开辟新的途径。
摘要: The escalating demand for ultraviolet (UV) sensing in space exploration, environmental monitoring, and agricultural productivity necessitates detectors that are both environmentally and mechanically resilient. Diamond, featuring its high bandgap and UV absorption, exceptional mechanical/chemical robustness, and excellent thermal stability, emerges as a highly promising material for next-generation UV detection in various scenarios. However, conventional diamond-based UV detectors are constrained by rigid bulk architectures and reliance on external power supplies, hindering their integration with curved and flexible platforms and complicating device scalability due to auxiliary power requirements. To tackle these challenges, herein, we firstly demonstrated a large-scale, self-powered, and flexible diamond UV detector by heterogeneously integrating a MoS$_2$ monolayer with an ultrathin, freestanding diamond membrane. The fabricated device operates at zero external bias, and simultaneously exhibits a high responsivity of 94 mA W$^{-1}$ at 220 nm, and detectivity of 5.88 x 109 Jones. Notably, mechanical bending enables strain-induced bandgap modulation of the diamond membrane, allowing dynamically tunable photoresponse-a capability absent in rigid diamond counterparts. To validate its practicality and scalability, a proof-of-concept UV imager with 3x3 pixels was demonstrated. This newly developed configuration will undoubtedly open up new routes toward scalable, integrable, flexible, and cost-effective UV sensing solutions for emerging technologies
主题: 仪器与探测器 (physics.ins-det)
引用方式: arXiv:2507.13909 [physics.ins-det]
  (或者 arXiv:2507.13909v1 [physics.ins-det] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.13909
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Yicheng Wang [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 7 月 18 日 13:40:19 UTC (1,396 KB)
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