二維材料在紅外探測(cè)器中的應(yīng)用最新進(jìn)展

二維材料，具有原子厚度，以其獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)，吸引了廣大研究人員的關(guān)注，成為了眾多研究領(lǐng)域（如物理、材料、電子、光電子和化學(xué)等等）的明星材料。因二維材料具有較高的載流子遷移率、強(qiáng)的光-物質(zhì)相互作用、電/光學(xué)性質(zhì)各向異性等，使其在光電子領(lǐng)域具有光明的應(yīng)用前景。其中，窄帶隙二維材料，如黑磷、黑磷砷等，在紅外光電探測(cè)器中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，成為了紅外探測(cè)領(lǐng)域的新寵。

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，近期，電子科技大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院李春教授和蘭長(zhǎng)勇副教授課題組在《紅外與激光工程》期刊上發(fā)表了以“二維材料在紅外探測(cè)器中的應(yīng)用最新進(jìn)展”為主題的綜述文章。通訊作者為蘭長(zhǎng)勇副教授，蘭長(zhǎng)勇副教授主要從事低維納米材料與器件的研究工作。

這項(xiàng)研究對(duì)二維材料在紅外探測(cè)器中的應(yīng)用，特別是光子型光電探測(cè)器的最新進(jìn)展進(jìn)行介紹。首先對(duì)二維材料的背景進(jìn)行介紹；然后介紹表征光電探測(cè)器的關(guān)鍵參數(shù)；接著介紹二維材料在紅外探測(cè)器中的最新進(jìn)展，分別展示了單二維材料紅外探測(cè)器、異質(zhì)結(jié)紅外探測(cè)器和光波導(dǎo)紅外探測(cè)器方面的進(jìn)展；最后對(duì)二維材料在紅外探測(cè)器中的應(yīng)用進(jìn)行展望。

黑鱗和黑磷砷（b-AsP）光電探測(cè)器

這項(xiàng)研究主要基于器件的基本結(jié)構(gòu)（單二維材料和異質(zhì)結(jié)機(jī)構(gòu)）來(lái)進(jìn)行深入討論。

在單二維材料探測(cè)器中，黑磷（BP）、過(guò)渡金屬硫族化合物、Te納米片以及Bi2O2Se比較具有代表性。黑磷（BP）具有范德瓦爾斯層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間通過(guò)弱的范德瓦爾斯力結(jié)合，具有很高的載流子遷移率、寬的帶隙可調(diào)范圍和優(yōu)良的電學(xué)性能，使其在光電子領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。過(guò)渡金屬硫族化合物是研究的比較早的二維材料，其中存在帶隙在紅外范圍的窄帶隙材料，如MoTe2和近期的熱點(diǎn)材料PdSe2和PtSe2等。VI族的Te材料具有獨(dú)特的一維手性鏈狀晶體結(jié)構(gòu)，具有很小的帶隙外，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)二維Te納米片具有很高的載流子遷移率。

異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器

在異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器中，范德瓦爾斯層狀材料，由于表面沒(méi)有懸掛鍵，依靠弱的范德瓦爾斯鍵實(shí)現(xiàn)不同層的堆垛構(gòu)成整體，可將不同的二維材料堆疊在一起構(gòu)成垂直堆垛型異質(zhì)結(jié)而無(wú)需考慮不同材料之間的晶格失配。該特點(diǎn)使此類(lèi)材料具有不存在常規(guī)材料的界面態(tài)問(wèn)題，有利于制作高性能光電器件。二維堆垛型異質(zhì)結(jié)視材料間的能帶排列、偏壓大小可以工作于光電導(dǎo)型或者光伏型。

光波導(dǎo)探測(cè)器

另外，二維材料雖然同光具有強(qiáng)烈的相互作用，但是其厚度太薄，能夠被吸收的光非常有限。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光的充分利用，研究人員采用了多種結(jié)構(gòu)，如光學(xué)共振腔、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)等，用于增強(qiáng)光-物質(zhì)相互作用。其中光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器的好處是可以充分利用倏逝波，使光同二維材料充分作用，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)非常適合應(yīng)用于集成光學(xué)。為進(jìn)一步提高二維材料探測(cè)器件的性能，可以引入量子點(diǎn)。量子點(diǎn)型光電探測(cè)器具有新穎的光電性能，如在寬光譜中具有較高光學(xué)吸收、響應(yīng)光譜可受量子點(diǎn)形貌調(diào)控等。

二維材料以其獨(dú)特而豐富的特性吸引了廣大研究人員的廣泛關(guān)注，在紅外探測(cè)器方面具有光明的應(yīng)用前景。盡管二維材料在紅外探測(cè)領(lǐng)域取得了巨大的進(jìn)步，面向?qū)嶋H應(yīng)用還存在許多問(wèn)題，如二維材料的規(guī)?；苽鋯?wèn)題、規(guī)模化器件制作工藝問(wèn)題、。如何充分利用二維材料超薄的特性又不損失對(duì)紅外光探測(cè)的靈敏度的問(wèn)題。隨著研究的深入，必將涌現(xiàn)出新的探測(cè)機(jī)制、新的器件結(jié)構(gòu)，相信在不久的將來(lái)，二維材料將有望應(yīng)用于實(shí)際設(shè)備中。

該項(xiàng)目獲得國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFB2203504）、國(guó)家自然科學(xué)基金（61605024、62074024、61775031）的支持。該研究第一作者為電子科技大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生賈欣宇，主要從事二維半導(dǎo)體材料與器件的研究。

審核編輯 ：李倩