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研究人員在二維材料光電探測(cè)器研究方面取得新進(jìn)展

2022-05-07 09:12:23來(lái)源：中科院合肥研究院 閱讀量：133 評(píng)論

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導(dǎo)讀：最近，石墨烯、黑磷和部分過(guò)渡金屬二硫?qū)倩?TMDs)范德華異質(zhì)結(jié)器件已經(jīng)展現(xiàn)出二維材料在高速寬帶光電探測(cè)領(lǐng)域的潛力。

　　光電探測(cè)器的原理是由輻射引起被照射材料電導(dǎo)率發(fā)生改變。光電探測(cè)器的工作原理是基于光電效應(yīng)，熱探測(cè)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(xué)性能，它區(qū)別于光子探測(cè)器的最大特點(diǎn)是對(duì)光輻射的波長(zhǎng)無(wú)選擇性。
 
　　為了提高傳輸效率并且無(wú)畸變地變換光電信號(hào)，光電探測(cè)器不僅要和被測(cè)信號(hào)、光學(xué)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(gè)相互連接的器件都處于最佳的工作狀態(tài)。
 
　　具有寬帶探測(cè)能力的光電探測(cè)器在我們?nèi)粘Ｉ畹脑S多領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，并已廣泛應(yīng)用于成像、光纖通信、夜視等領(lǐng)域。迄今為止，基于傳統(tǒng)材料的光電探測(cè)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(cè)器市場(chǎng)。
 
　　然而，相關(guān)材料復(fù)雜的生長(zhǎng)過(guò)程和高昂的制造成本阻礙了這些探測(cè)器的進(jìn)一步發(fā)展。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，人們一直在努力開(kāi)發(fā)具有可調(diào)帶隙、強(qiáng)光-物質(zhì)相互作用且易于集成的二維材料光電探測(cè)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(cè)能力。盡管如此，目前基于二維材料的高性能寬帶光電探測(cè)器數(shù)量仍然有限，特別是許多基于二維材料的光電探測(cè)器雖然表現(xiàn)出較高的光響應(yīng)度和探測(cè)率，但響應(yīng)速度較慢，這可能歸因于其較長(zhǎng)的載流子壽命，這種較低的響應(yīng)速度限制了二維光電探測(cè)器的實(shí)際應(yīng)用。
 
　　最近，石墨烯、黑磷和部分過(guò)渡金屬二硫?qū)倩?TMDs)范德華異質(zhì)結(jié)器件已經(jīng)展現(xiàn)出二維材料在高速寬帶光電探測(cè)領(lǐng)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(zhì)結(jié)的制造工藝相對(duì)復(fù)雜，這些問(wèn)題同樣限制了這些材料在光電探測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
 
　　鑒于此，中科院合肥研究院固體所納米材料與器件技術(shù)研究部李廣海研究員課題組李亮研究員與香港理工大學(xué)應(yīng)用物理系嚴(yán)鋒教授合作，開(kāi)發(fā)了一種基于層狀三元碲化物InSiTe3的光電探測(cè)器，合成出高質(zhì)量的InSiTe3晶體，并通過(guò)拉曼光譜分析了其拉曼振動(dòng)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(cè)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(yīng)(545-576 ns)，最高探測(cè)率達(dá)到7.59×109 Jones。這些出色的性能價(jià)值凸顯了基于層狀I(lǐng)nSiTe3的光電探測(cè)器在高速寬帶光電探測(cè)中的潛力。
 
　　論文第一作者為納米材料與器件技術(shù)研究部博士生陳家旺。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省領(lǐng)軍人才團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、安徽省自然科學(xué)基金、安徽省先進(jìn)激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金和香港理工大學(xué)基金的支持。
 
　　原標(biāo)題：研究人員在二維材料光電探測(cè)器研究方面取得新進(jìn)展
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