基于二维材料异质结的光探测器研究进展

二维材料异质结因其特有的层状结构和优异的光响应性质,被认为具有应用于新一代光探测器件的潜力。二维材料家族具有丰富的种类,因其能带带隙范围分布广,光电响应可覆盖从紫外到红外的波谱范围。另外二维材料层间通过范德瓦尔斯力相结合,因此理论上可以利用不同二维材料层间的范德瓦尔斯力相互作用制备出多种性能优异的二维材料异质结。近年来有多种二维材料异质结通过机械堆叠法及CVD生长法被制备出来,且二维材料异质结光探测器在可见光至远红外波段表现出优异的性质。在这样的研究背景之下,本文从二维材料异质结的制备、器件制备与器件性能等几个方面综述了近年来二维材料异质结光探测器的研究进展。

低维半导体材料在非线性光学领域的研究进展

自从第一台红宝石激光器发明以来,研究人员将目光集中到激光这种普通光源达不到的强光上,由此发现了非线性光学材料以及一系列丰富多彩的相关特性——饱和吸收、反饱和吸收和非线性折射等,并将其运用到光电子器件、光开关器件和光通信当中.同时,随着工业生产对于器件集成度需求的提升,以普通三维材料为基础的器件已经难以达到应用要求,低维半导体器件的兴起将有望解决这个问题.所以,将非线性光学与低维半导体材料相结合是未来发展的重要趋势,量子点、量子线激光器和放大器的涌现也印证了这一点.本文通过对准零维量子点材料、准一维纳米线材料和二维纳米材料非线性光学前沿工作进行总结,为今后的研究提供参考.但是,低维材料由于稳定性、填充比例较低等问题,还需要进一步的研究以满足实用需求.

基于AsP/MoS_(2)异质结的偏振光电探测器

线偏振光的探测能力是评价偏振光电探测器件的重要指标。黑砷磷(AsP)是一种较为稳定的平面内各向异性材料,由于其面内结构各向异性,其对线偏振光较为敏感,在偏振探测领域有着重要的应用潜力。本文介绍了一种基于AsP/MoS2的高度偏振敏感光电探测器。由于AsP各向异性的光吸收、MoS2有效的载流子收集和输运能力以及范德华异质结对暗电流的抑制作用,该光电探测器实现了大于300的电流开关比,0.27 A/W的电流光响应度以及2×10^10 Jones的比探测率。更重要的是,此类光电探测器在638 nm波段实现了高达3.06二向色性比的偏振特性。这些实验结果表明AsP/MoS2异质结构在偏振光电探测领域有着广阔的应用前景。

低对称性的亚波长阵列增强型的GeSe偏振探测器

偏振敏感光电探测器可通过探测光偏振态的变化从而分辨纹理、应力和粗糙度等多种信息,在安全、医疗诊断和航空航天领域具有独特的优势.基于面内各向异性的二维材料的偏振光探测器可简化传统探测器的复杂透镜系统,促进了光电器件的集成化与小型化.然而,基于面内各向异性的二维材料的偏振光探测器的光电流各向异性比不足(通常小于10),限制了偏振信号的检测分辨率.本文设计了基于二维硒化亚锗(GeSe)的亚波长阵列(SWA)结构,进一步提高其各向异性灵敏度,并将光电流各向异性从1.6提高到18.本研究发现,SWA结构可以进一步增强电荷分布的不对称性,提高GeSe材料在扶手椅方向上的光吸收和光电跃迁概率,从而提高了偏振灵敏度.此外,基于GeSe SWA的光电探测器在808 nm的近红外波长下表现出宽的功率范围(40 dB)和弱光探测能力(0.1 LUX).该工作为提高二维材料的偏振灵敏度提供了可行性指导,将有利于促进高分辨率偏振成像传感器的发展.

基于各向异性二维半导体GeSe的双波段实时目标识别图像传感器

实时多光谱成像技术能够显著增强图像传感器的感知能力,有效提高基于实时成像和计算机视觉人工智能系统的准确性和鲁棒性,在自动驾驶、遥感和安防监控等系统中具有广泛的应用前景.然而,多光谱成像系统的构建常常受到色散元件或器件的选择性吸收带来的复杂性限制.为解决这一问题,本文基于新型各向异性二维半导体材料GeSe开发了一个高集成的可见光/近红外图像传感器,以实现实时多光谱成像的简化及小型化.该系统基于GeSe光电探测器和图像传感器在可见光/近红外波段下光电流强度随不同偏振角的变化趋势,能够识别入射光的波段信息,从而完成实时目标检测和波段信息识别,在模拟“自动驾驶”不同演示场景中可以取得良好的准确性和稳定性,实现了实时多光谱成像演示系统的集成化及小型化.

宽带隙二维半导体TlGaS_(2)紫外探测器

紫外光电探测器是继红外激光探测技术之后发展起来的一种新型探测技术。其中基于宽带隙的低维半导体材料的紫外光电探测器是当下的研究热点之一。为了实现对宽带隙二维材料体系的拓宽以及高性能紫外探测器的研制,研究了机械剥离的铊镓硫(TlGaS_(2))纳米片的能带结构以及光谱性质,制作了基于TlGaS_(2)纳米片的紫外光电探测器。结果显示,TlGaS_(2)纳米片在紫外乃至日盲紫外波段均具有较高的吸收。探测器响应波段与光学吸收结果一致,对360 nm的紫外信号具有最佳的探测性能。此外,探测器在响应范围内均表现出了很低的暗电流以及优异的光电响应速度。测试结果说明了TlGaS_(2)二维材料在紫外光电器件领域具有一定的研究前景和潜在的应用价值。