中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
對于從基礎科學(xué)到工業(yè)用途的廣泛應用來(lái)說(shuō)，能夠感知寬帶紅外光是至關(guān)重要的。二維（2D）拓撲半金屬由于其無(wú)間隙電子結構和線(xiàn)性能量色散關(guān)系而被廣泛用于寬帶紅外探測。然而，這些半金屬的低電荷分離效率、高噪聲水平和片上集成困難嚴重阻礙了它們進(jìn)一步的技術(shù)應用。
近日，蘇州大學(xué)揭建勝團隊展示了一種簡(jiǎn)單的熱輔助碲化途徑，用于晶圓尺度相控二維MoTe?層的范德華（vdW）生長(cháng)。重要的是，ii型Weyl半金屬相（1T '）-MoTe?具有獨特的正交晶格結構，還具有破碎的反轉對稱(chēng)，可確保有效的載流子輸運，從而減少載流子復合。這一特性是設計良好的1T '-MoTe?/Si垂直肖特基結光電探測器的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)，它具有高達10.6 μm的超寬帶探測范圍和超過(guò)10? Jones的中紅外（MIR）室溫比探測率。此外，二維 MoTe?層的大面積合成可以通過(guò)使用集成器件陣列來(lái)展示高分辨率非制冷中紅外成像能力。這項工作提供了一種基于二維材料制備非制冷紅外光電探測器的新方法。
相關(guān)研究以“Phase-controlled van der Waals growth of wafer-scale 2D MoTe? layers for integrated high-sensitivity broadband infrared photodetection“發(fā)表在Light: Science & Applications期刊。
大面積二維MoTe?層的范德華生長(cháng)，為高靈敏度光電器件的開(kāi)發(fā)提供了更大的靈活性。圖2a為Gr/1T′-MoTe?/Si肖特基結器件示意圖。
考慮到光電探測器優(yōu)越的紅外探測能力，研究人員利用Gr/1T′-MoTe?/Si肖特基結器件進(jìn)一步探索了室溫紅外成像。圖3a展示了以單個(gè)Gr/1T′-MoTe?/Si器件作為核心器件的成像測量系統示意圖，紅外光通過(guò)固定在二維平移臺上的空心長(cháng)波紅外圖案掩模。
這種優(yōu)異的室溫成像能力和良好的器件陣列均勻性無(wú)疑證實(shí)了其在中紅外成像應用中的巨大前景。與Si技術(shù)兼容的二維MoTe?層的晶圓級增長(cháng)顯示出下一代低功耗、低成本的片上Si CMOS系統的巨大潛力。
在紅外探測中，有效的載流子運輸可以提高探測器的響應速度和靈敏度。本文介紹了一種新方法，通過(guò)生長(cháng)二維MoTe? 層來(lái)克服傳統半金屬的局限性，并實(shí)現有效的載流子傳輸，從而提高紅外探測效率。
二維MoTe? 層的相控生長(cháng)方法還可以應用于其他材料，來(lái)提高紅外探測的性能。這種方法的基本原理是通過(guò)控制熱處理條件，實(shí)現從半導體相（2H）到半金屬相（1T'）的相變，從而拓展了材料的應用領(lǐng)域。事實(shí)上，二維過(guò)渡金屬二硫化物材料中的許多其他材料也具有半導體和半金屬性質(zhì)，如二硫化鉬（MoS?）、二硫化鎢（WS?）和二碲化鎢（WTe?）等。因此，這種相控生長(cháng)方法可以應用于這些材料。此外，這種方法還可以應用于如過(guò)渡金屬氧化物和半導體量子點(diǎn)等其他材料。這些材料具有優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，可以用于制備高性能紅外光探測器?？傊?，二維MoTe? 層的相控生長(cháng)方法具有良好的可擴展性和可重復性，可以為紅外光探測器的制備提供一種新思路。
