物理所超灵敏二硫化钼湿度传感器研究获进展

二维材料由于其超高的表体比、出色的电学性能、柔性半透明等特性在湿度传感器领域表明了极大的应用于前景。这其中以二硫化钼为代表的过渡性金属硫属化物由于其出色的电流电源比、迁移率等特性为其在电子学器件中的应用于获取了有可能。由于二硫化钼本身是一种n型半导体，因此当其表面吸附水分子时，相等于对其展开了p型掺入，其电学性质不会展现出出有适当的变化，利用这一原理可以用作感官外界水分子量变化的湿度传感器。

现阶段对二硫化钼湿度传感器的研究主要受限于加工过程本身引进的残胶对材料表面的污染，影响了其对水分子的导电，从而造成灵敏度不高或响应时间过长等问题。因而，如何获得具备高灵敏、较慢响应时间的二硫化钼湿度传感器沦为制约其应用于的*主要因素。针对上述问题，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（捐）纳米物理与器件实验室N07两组博士赵静在研究员张广宇的指导下，利用一种新的金挤压方法加工获得具备整洁表面的二硫化钼场效应晶体管，从而构建了对水分子的灵敏号召。

这种加工方法主要是利用二硫化钼与金之间的作用力远大于金与衬底间的作用力，从而可以将多余的二硫化钼样品从衬底上原始地挤压下来，与此同时确保了用作器件的二硫化钼表面的整洁，利用这种方法一方面有效地防止了加工过程中经过反应离子光刻后表面残胶对器件性能的影响，另一方面大大简化了加工过程，获得了具备超强洁净表面的二硫化钼场效应晶体管，其光学、电学性能的明显提升也从另一个方面证明了这种加工方法获得的样品具备更佳的性能。由于利用这种金挤压方法获得的二硫化钼场效应晶体管具备超强洁净的表面，因此需要灵敏感官外界湿度变化，大大提高了二硫化钼湿度传感器的灵敏度。

对于水分子的掺入起到，随着湿度的减少，器件的电流显著的减少，当相对湿度从0%变化至35%时，电阻有将近104的减少，相比于之前二硫化钼湿度传感器的研究有将近三个数量级的提升，对应的迁移率和电流电源比也随着湿度的减少线性增大。除了具备超强高灵敏度外，由于二硫化钼表面没挂键，对水分子的导电是纯粹的物理导电，因此器件可以很更容易地展开干导电，有效地延长了响应时间和完全恢复时间，分别平均10s和60s，且这种器件具备很好的可恢复性能，经过一个月的测试后其初始电阻基本不发生变化，具备较长的使用寿命。

除此之外，归功于CVD生长的二硫化钼成膜均匀分布，可以加工获得一系列具备出色性能的二硫化钼湿度传感器阵列，从而对外界有所不同湿度的空间产于起着定位起到，用来动态监测外界湿度产于的变化。此外，这种具备超强高灵敏度的二硫化钼湿度传感器在柔性衬底上仍能很好地工作，其性能基本不不受产生形变的变化而转变，从而为将来应用于柔性电子学器件领域获取了有可能。这种基于超强洁净表面的二硫化钼样品加工获得的湿度传感器具备灵敏度低、响应时间和完全恢复时间较短、使用寿命宽、空间分辨率高等特性，可以普遍应用于未来无认识定位系统及二维材料多功能柔性传感器阵列领域。

涉及成果公开发表在《先进设备材料》上。这项工作获得了中科院B类战略性先导科技专项、国家自然科学基金的资助。

论文链接图1.（a）利用金挤压方法展开器件加工的过程。(b)氧化硅衬底上加工好的二硫化钼场效应晶体管阵列光显图。图2.(a)随湿度的减少二硫化钼场效应晶体管输出特性曲线的变化。

(b)移往特性曲线随相对湿度减少的转变。(c)电阻变化与相对湿度的对应关系。

图3.二硫化钼湿度传感器的时间号召特性。(a)单个湿度脉冲情况下二硫化钼湿度传感器的响应时间和波动时间分别为~10s和~60s。

(b)二硫化钼湿度传感器的寿命测试。图4.二硫化钼湿度传感器的空间号召特性。(a)手指附近二硫化钼湿度传感器时，器件电阻随距离增大而指数减小。

(b)、(c)分别为器件阵列对外界湿度产于号召的电阻产于值及计算出来获得的相对湿度值。

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