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研究人員在二維材料光電探測器研究方面取得新進展

2022-05-07 09:12:23來源：中科院合肥研究院 閱讀量：136 評論

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導讀：最近，石墨烯、黑磷和部分過渡金屬二硫屬化物(TMDs)范德華異質結器件已經(jīng)展現(xiàn)出二維材料在高速寬帶光電探測領域的潛力。

　　光電探測器的原理是由輻射引起被照射材料電導率發(fā)生改變。光電探測器的工作原理是基于光電效應，熱探測器基于材料吸收了光輻射能量后溫度升高，從而改變了它的電學性能，它區(qū)別于光子探測器的最大特點是對光輻射的波長無選擇性。
 
　　為了提高傳輸效率并且無畸變地變換光電信號，光電探測器不僅要和被測信號、光學系統(tǒng)相匹配，而且要和后續(xù)的電子線路在特性和工作參數(shù)上相匹配，使每個相互連接的器件都處于最佳的工作狀態(tài)。
 
　　具有寬帶探測能力的光電探測器在我們?nèi)粘Ｉ畹脑S多領域中發(fā)揮著重要作用，并已廣泛應用于成像、光纖通信、夜視等領域。迄今為止，基于傳統(tǒng)材料的光電探測器如：GaN 、Si  和 InGaAs占據(jù)著從紫外到近紅外區(qū)域的光電探測器市場。
 
　　然而，相關材料復雜的生長過程和高昂的制造成本阻礙了這些探測器的進一步發(fā)展。為了應對這些挑戰(zhàn)，人們一直在努力開發(fā)具有可調(diào)帶隙、強光-物質相互作用且易于集成的二維材料光電探測器。
 
　　如今，許多二維材料如石墨烯、黑磷和碲等已經(jīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的寬帶光探測能力。盡管如此，目前基于二維材料的高性能寬帶光電探測器數(shù)量仍然有限，特別是許多基于二維材料的光電探測器雖然表現(xiàn)出較高的光響應度和探測率，但響應速度較慢，這可能歸因于其較長的載流子壽命，這種較低的響應速度限制了二維光電探測器的實際應用。
 
　　最近，石墨烯、黑磷和部分過渡金屬二硫屬化物(TMDs)范德華異質結器件已經(jīng)展現(xiàn)出二維材料在高速寬帶光電探測領域的潛力。然而，石墨烯是一種零帶隙材料，黑磷在環(huán)境條件下并不穩(wěn)定，TMDs異質結的制造工藝相對復雜，這些問題同樣限制了這些材料在光電探測領域的應用。
 
　　鑒于此，中科院合肥研究院固體所納米材料與器件技術研究部李廣海研究員課題組李亮研究員與香港理工大學應用物理系嚴鋒教授合作，開發(fā)了一種基于層狀三元碲化物InSiTe3的光電探測器，合成出高質量的InSiTe3晶體，并通過拉曼光譜分析了其拉曼振動模式。InSiTe3的間接帶隙可以從1.30 eV(單層)調(diào)節(jié)到0.78 eV(體塊)。
 
　　此外，基于InSiTe3的光電探測器表現(xiàn)出從紫外到近紅外光通信區(qū)域(365-1310 nm)的超快光響應(545-576 ns)，最高探測率達到7.59×109 Jones。這些出色的性能價值凸顯了基于層狀InSiTe3的光電探測器在高速寬帶光電探測中的潛力。
 
　　論文第一作者為納米材料與器件技術研究部博士生陳家旺。該工作得到了國家自然科學基金、安徽省領軍人才團隊項目、安徽省自然科學基金、安徽省先進激光技術實驗室開放基金和香港理工大學基金的支持。
 
　　原標題：研究人員在二維材料光電探測器研究方面取得新進展
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