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二維材料光電探測器研究取得進展
2022-05-07 16:38:50 | 新聞中心          瀏覽量:141




  近日,中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所納米材料與器件技術研究部研究員李廣海課題組研究員李亮與香港理工大學應用物理系教授嚴鋒合作,在二維材料光電探測領域取得新進展,研制出基于層狀三元碲化物InSiTe3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)。相關研究成果發表在ACS Nano上。


  具有寬帶探測能力的光電探測器在日常生活的許多領域中發揮重要作用,并已廣泛應用于成像、光纖通信、夜視等領域。迄今為止,基于傳統材料的光電探測器(如GaN光電探測器 、SiInGaAs光電探測器占據著從紫外到近紅外區域的光電探測器市場。然而,相關材料復雜的生長過程和高昂的制造成本阻礙了這些探測器的進一步發展。為了應對這些挑戰,科學家致力于開發具有可調帶隙、強光-物質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、黑磷和碲等已表現出優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,這或歸因于其較長的載流子壽命,這種較低的響應速度限制了二維光電探測器的實際應用。近日,石墨烯、黑磷和部分過渡金屬二硫屬化物(TMDs)范德華異質結器件已展現出二維材料在高速寬帶光電探測領域的潛力。然而,石墨烯是一種零帶隙材料,黑磷在環境條件下不穩定,TMDs異質結的制造工藝相對復雜,這限制了這些材料在光電探測領域的應用。 


  鑒于此,研究開發了一種基于層狀三元碲化物InSiTe3的光電探測器,合成出高質量的InSiTe3晶體,并通過拉曼光譜分析了其拉曼振動模式。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。這些出色的性能價值凸顯了基于層狀InSiTe3的光電探測器在高速寬帶光電探測中的潛力。


  研究工作得到國家自然科學基金、安徽省領軍人才團隊項目、安徽省自然科學基金、安徽省先進激光技術實驗室開放基金和香港理工大學的支持。 



基于層狀InSiTe3光電探測器的(a)光譜響應與 b)已經報道的部分二維材料光電探測器的性能對比圖 


論文:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c11628

文章來源:中國科學院網







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