中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近期，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的李亮研究員與香港理工大學(xué)應用物理系嚴鋒教授合作，在二維材料光電探測領(lǐng)域取得新進(jìn)展，成功研制了基于層狀三元碲化物InSiTe3的光電探測器。該光電探測器具有超快的光響應（545 ~ 576 ns）以及從紫外到近紅外（UV-NIR）光通信區域的寬帶探測能力（365 ~ 1310 nm）。相關(guān)研究結果以“A Submicrosecond-Response Ultraviolet ?Visible?Near-Infrared Broadband Photodetector Based on 2D Tellurosilicate InSiTe3”為題在A(yíng)CS Nano期刊上發(fā)表。
具有寬帶探測能力的光電探測器在我們日常生活的許多領(lǐng)域中發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用，并已廣泛應用于成像、光纖通信、夜視等領(lǐng)域。迄今為止，基于傳統材料的光電探測器如：GaN (<400 nm)、Si (400 ~ 1100 nm) 和 InGaAs (800 ~ 1600 nm) 占據著(zhù)從紫外到近紅外區域的光電探測器市場(chǎng)。然而，復雜的生長(cháng)過(guò)程和高昂的制造成本阻礙了這些光電探測器的進(jìn)一步發(fā)展。為了應對這些挑戰，人們一直在努力開(kāi)發(fā)具有可調帶隙、強光-物質(zhì)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(cháng)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在實(shí)際應用中尤其是在光通信領(lǐng)域中。最近，石墨烯、黑磷和部分過(guò)渡金屬二硫屬化物（TMDs）范德華異質(zhì)結器件已經(jīng)展現出二維材料在高速寬帶光電探測領(lǐng)域的潛力。然而，石墨烯是一種零帶隙材料，黑磷在環(huán)境條件下并不穩定，TMDs異質(zhì)結的制造工藝相對復雜，這些問(wèn)題同樣限制了這些材料在光電探測領(lǐng)域的應用。
鑒于此，研究人員開(kāi)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(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）調節到0.78 eV（體塊）。此外，基于InSiTe3的光電探測器表現出從紫外到近紅外光通信區域(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(jià)值凸顯了基于層狀I(lǐng)nSiTe3的光電探測器在高速寬帶光電探測中的潛力。
圖1 基于層狀I(lǐng)nSiTe3光電探測器的（a）光譜響應與 （b）已經(jīng)報道的部分二維材料光電探測器的性能對比圖。
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。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省領(lǐng)軍人才團隊項目、安徽省自然科學(xué)基金、安徽省先進(jìn)激光技術(shù)實(shí)驗室開(kāi)放基金和香港理工大學(xué)基金的支持。
