中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近期，上海應用技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、上海市光探測材料與器件工程技術(shù)研究中心劉玉峰教授團隊與國科大杭州高等研究院及美國麻省理工學(xué)院（MIT）等國內外單位合作，在二維半導體材料異質(zhì)外延方面取得重要進(jìn)展。研究團隊通過(guò)「面內自適應異質(zhì)外延」策略，成功實(shí)現了二維半導體單晶材料在c面藍寶石襯底上的高取向外延生長(cháng)。該方法通過(guò)晶體取向的30°旋轉，有效調控壓應力與拉應力，實(shí)現應變的可容忍性，使不同晶格常數的異質(zhì)外延單晶與藍寶石襯底之間形成可控的界面應變。更重要的是，基于該異質(zhì)外延材料的光探測器件較非外延器件展現出更優(yōu)異的光探測性能。相關(guān)成果以“In-Plane Adaptive Heteroepitaxy of 2D Cesium Bismuth Halides with Engineered Bandgaps on c-Sapphire”為題于2024年12月4日在材料類(lèi)頂刊Advanced Materials上在線(xiàn)發(fā)表，研究生劉振宇（現為南方科技大學(xué)在讀博士生）為第一作者，劉玉峰教授、房永征教授及國科大杭州高等研究院?jiǎn)斡聒P博士為共同通訊作者。
異質(zhì)外延材料是半導體光探測器件的核心材料之一，然而受晶格匹配限制，這些材料在單一襯底上的異質(zhì)外延往往面臨較高的晶格應變，導致界面質(zhì)量下降，晶體缺陷增加，面臨諸多“卡脖子”技術(shù)。同時(shí)，昂貴的半導體設備及復雜的半導體工藝技術(shù)限制了其廣泛應用。
實(shí)驗結果表明，基于在c面藍寶石襯底上異質(zhì)外延生長(cháng)的異質(zhì)外延單晶構建的光電探測器在450 nm波長(cháng)的激光照射下，響應時(shí)間為367.8 μs，探測率達到3.7×1012 Jones，線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍(LDR)高達113 dB，遠超傳統玻璃襯底器件。此外，該光電探測器在多次開(kāi)關(guān)循環(huán)和長(cháng)時(shí)間測試中保持穩定，展現出優(yōu)異的運行可靠性和長(cháng)的器件壽命。該工作為新型半導體材料異質(zhì)外延生長(cháng)及其器件應用提供了新的實(shí)驗方法和理論支撐。
