第一作者：Junmeng Guo

通讯作者：王中林、翟俊宜

通讯单位：中国科学院北京纳米能源与系统研究所

研究亮点：

1. 首次研究了压电光电子学效应对单层硫化钼基NO₂气体传感器性能的影响。

2. 发现应变诱导的压电势可以通过改善肖特基势垒有效地控制电子和光电子传输，进一步的优化气体传感器的性能。

NO₂ FET传感器

NO₂是一种有毒气体，被认为是车辆排放、工业废气和环境监测的关键指标。开发简单、低成本和高效率的传感器来探测NO₂气体是非常有必要的。最近，基于二维的硫化钼（MoS₂）的场效应晶体管（FET）传感器由于对气体分子的高响应而引起研究者的兴趣。

FET传感器研究面临的问题

然而，这些传统的单个裸露的FET传感器通常需要较大的外部栅极偏压才能实现较高的灵敏度。特别是，对于原子薄的二维半导体材料，极大的栅极偏压也是以牺牲寿命和增加功耗为代价的，这对于潜在的应用具有不可避免的缺陷。

成果简介

有鉴于此，中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林、翟俊宜课题组设计并制备了一种柔性的单层硫化钼基的NO₂气体传感器，通过施加应变和光强显著增强了NO₂传感器的性能。

TOC

传统的场效应晶体管基的NO₂气体传感器即使在高栅极偏压下，响应和恢复时间相对于实际应用来说仍然是缓慢的。因此，迫切需要寻找其它方法来进一步提高基于单层MoS₂的气体传感器的探测性能。

该研究发现通过施加拉伸应变和改变光强，在显著提高基于单层MoS₂的传感器对NO₂气体检测的灵敏度的同时急剧缩短响应（恢复）时间。例如，在400ppb NO₂条件下，应变和光强改善的单层MoS₂基的传感器的最高灵敏度可达671％。更重要的是，响应时间从6 min急剧减少到16 s，而恢复时间也仅需65 s。

压电光电子学效应激活的NO₂气体传感器展示了优越的性能。这种优异的传感特性应归功于光激活自由载流子传输和压电效应诱导的肖特基势垒改性。这种简单有效的方法为开发具有高传感特性的柔性气体传感器提供了新的途径，而且不局限于这一种感应半导体材料或气体分子。

在该研究中，研究者通过简单的步骤制备了一种高性能的柔性气体传感器。这种基于非中心对称结构的超薄二维半导体材料的柔性传感器为未来的小型化、便携式和超灵敏气体传感系统的开发提供了思路。

小结

该研究首次展示了一种简单、灵活和高效的增强气体传感的方法，通过压电光电子学效应显著增强了NO₂气体的传感性能，为开发具有高传感特性的柔性气体传感器提供了新的途径。

参考文献：

Junmeng Guo, Rongmei Wen, Junyi Zhai, Zhong Lin Wang. Enhanced NO₂ gas sensing of a single-layer MoS₂ by photogating andpiezo-phototronic effects. Science Bulletin, 2019, 64(2): 128-135.

DOI: 10.1016/j.scib.2018.12.009

https://doi.org/10.1016/j.scib.2018.12.009