本工作室建立了微信群促进同学们之间的交流学习并有效讨论问题，可通过添加编辑微信进群。1.编辑微信：1）FEtunan（微信号）2）186006489282.工作室提供：二维材料生长及器件制作；科研绘图技巧；二维相关报告或会议推送；二维读博导师推荐、课题组招聘需求等欢迎大家投递中文的工作宣传稿及广告，具体联系微信：FEtunan（微信号）南京邮电大学高丽教授等人发表题为 “Two-Dimensional Miniature Spectrometer With High Reconstruction Accuracy and Small Footprint Based on Schottky Barrier Modulation ”于 Advanced Functional Materials 上
光谱仪在材料分析、环境监测和光谱成像等领域发挥着至关重要的作用。然而，传统光谱仪的设计受限于核心波长解复用组件，如衍射光栅、干涉仪或探测器阵列，导致设备体积庞大且难以集成化。随着对便携式和实时光谱系统需求的增长，微型光谱仪技术的发展变得尤为重要。计算光谱仪作为一种新兴技术，通过建立入射光与空间/时间调制之间的映射关系，并利用线性代数或机器学习模型重构光谱信息，为光谱仪的微型化提供了可能。其中，单像素计算光谱仪因其极小的设备尺寸而备受关注。然而，现有的基于二维材料异质结的光谱仪常面临界面缺陷和制造复杂等问题，限制了其性能和应用。因此，开发一种结构简化、性能优越的新型微型光谱仪成为当前的研究热点。
本研究提出了一种基于肖特基势垒调制的二维微型光谱仪，该光谱仪利用单层二维半导体光晶体管通过范德华（vdW）接触实现。
采用背靠背肖特基结结构，由金（Au）电极和二硫化钨（WS2）半导体组成。通过vdW接触技术将Au电极精确转移到WS2层上，形成高质量的金属-半导体界面，有效抑制费米能级钉扎效应。
在光照下，WS2层内产生大量电子-空穴对。通过调节栅极电压（Vg），可以动态调制肖特基势垒高度，从而改变电子和空穴的传输特性，实现波长依赖的反双极性光响应。这种响应特性为光谱重构提供了物理基础。
图1展示了肖特基结微型光谱仪的工作原理。图1a为设备结构示意图，显示了背靠背肖特基结架构和动态调制肖特基势垒的过程。在光照下，WS2层内产生的电子-空穴对在电场作用下分离并传输，栅极电压的调节改变了肖特基势垒高度，从而影响了光电流的传输特性。图1b为光谱仪的工作流程图，包括预校准光谱响应矩阵和未知光谱的重构步骤。图1c展示了在不同波长光照下，设备在0.3V偏压下的转移特性曲线，显示了明显的反双极性传输特性和峰值位置的波长依赖性。图1d和图1e分别展示了光谱响应的非线性依赖性和光电流对光强的线性依赖性，为光谱重构提供了基础。
图2深入探讨了栅极电压对肖特基结的调制机制。图2a展示了在零源漏偏压（Vds=0V）下，转移曲线随光照和黑暗条件的变化，显示了光电流极性的反转和栅极电压的依赖性。图2b为对数坐标下的转移特性曲线，定义了三个不同的传导区域：空穴主导区、混合传输区和电子主导区。图2c和图2d分别为空间分辨光电流映射图，在Vds=0V和Vds=0.3V下，光电流主要产生于接触界面，验证了背靠背肖特基结的形成。图2e和图2f进一步通过输出特性和能带图解释了栅极电压调制光响应的机制，展示了栅极电压如何改变费米能级位置，从而影响载流子传输和光电流响应。
图3展示了光谱仪的光谱重构性能。图3a为设备的光谱响应矩阵R(λ, Vg)的三维图，显示了波长和栅极电压对光谱响应的非线性影响。图3b比较了窄带光源的实际发射谱和重构谱，显示了重构谱与商业光谱仪（Ocean Optics QE65Pro）测量结果的高度一致性。图3c总结了重构峰波长的误差分布，平均绝对误差为0.746nm。图3d展示了光谱分辨率的评估结果，证明了设备在可见光范围内具有优于10nm的光谱分辨率。图3e和图3f分别展示了LED和宽带光源的光谱重构结果，进一步验证了设备在宽波长范围内的准确性和稳定性。
图4展示了光谱仪在高光谱成像和材料分类中的应用。图4a为空间扫描高光谱成像系统的示意图，通过两阶段扫描策略实现目标光谱特征的空间分辨成像。图4b展示了代表性像素的光电流随栅极电压的变化，用于确定目标光谱特征的最佳响应栅极电压。图4c和图4d分别展示了在不同光照条件下，重构光谱与参考光谱的比较以及成像结果的对比，证明了光谱仪在高光谱成像中的有效性。图4e至图4g展示了材料分类演示的结果，通过计算重构光谱与参考光谱的相似度，实现了对六种不同厚度PMMA样品的准确分类，平均分类准确率达到70.3%。
https://doi.org/10.1002/adfm.202600074
