近期，中国科学院金属研究所（简称“金属所”）研究者提出了一种提高光增益的新方法，即以二硫化钼（MoS2）为通道，以氧化钼（α-MoO3-x）为接触电极的一种超灵敏钼基双异质结光电晶体管，适合应用于光电探测器中。
具有原子级厚度和卓越光电特性的二维半导体材料在光电器件应用领域中展现出独特的优势。然而，二维材料的光吸收能力较弱，且在光电转换过程中，一个入射光子只能激发一个电子—空穴对，因此器件的光探测能力不高。
为了解决这个问题，提高光增益性的方法成为了人们研究的热点问题。一般来说，提高光增益主要有雪崩和光栅两种方式：雪崩机制对材料能带的匹配要求较高，且需要在高偏置电压下工作；光栅机制由于电荷弛豫效应，会导致光电响应速度显著降低。
因此，研究者使用二维MoS2作为沟道材料、α-MoO3-x为电极材料，在晶体管源端和漏端形成了MoS2/α-MoO3-x双异质结，构筑了具有不同种类源漏电极的光电晶体管，其中氧化钼为电极的器件光响应是金属电极（Ti/Au）器件的3～4个数量级。
结合对材料能带结构的光学表征和理论计算，研究团队还提出了双异质结光致势垒降低机制的器件工作原理，即在暗态下氧化钼—二硫化钼异质结形成大的肖特基势垒，源端电子无法注入到沟道中，实现了超低暗电流和噪声。在光照条件下，电子—空穴对在源端耗尽区生成，随后在内建电场驱动下高效分离，载流子的浓度变化导致了源端电子势垒的降低，实现了电子注入和光增益；注入的电子又可降低漏端电子势垒，增大光电流，而这又进一步增强源极内建电场，从而实现了双异质结间的正反馈效应，获得了超高响应度和探测度。同时由于不使用陷阱束缚电荷，器件还具有高响应速度。
这项工作提出了一种具有普适性意义的提高光电探测器增益的方法，可推广至其他二维材料体系，为未来构建超灵敏光电探测器开辟了新思路。
