Broadband Waveguide-Coupled Photodetectors in a Submicrometer-Wavelength Silicon Photonics Platform
本文报道在代工厂制造的短波长硅光子学平台中单片集成的波导耦合光电探测器，两种变体覆盖400–955 nm，并实现高效率、低暗电流、18 GHz带宽及374 GHz增益带宽积。
2025-09-27 physics.app-ph physics.optics
A high-performance all-silicon photodetector enabling telecom-wavelength detection at room temperature
本文提出一种室温工作于C波段的全硅波导耦合光电探测器，通过近固溶度极限深能级掺杂实现子带隙吸收，性能满足电信应用并支持硅基PIC单片集成。
2025-08-31 physics.app-ph physics.optics
Towards Substrate Engineering of Graphene-Silicon Schottky Diode Photodetectors
石墨烯-硅肖特基二极管光电探测器具有诸如高响应率和高探测率、宽光谱波长操作和高操作速度的有益特性。过去已经采用各种路线和架构来制造器件。器件通常基于在将石墨烯沉积在硅的顶部上以形成石墨烯-硅肖特基结之前通过湿法蚀刻去除硅表面上的氧化硅层。在这项工作中，我们系统地研究了界面氧化层，所采用的制造技术和硅衬底上的石墨烯-硅肖特基二极管光电探测器的光探测能力的影响。在从近紫外到短/中红外辐射的宽波长范围内，辐射强度覆盖超过五个数量级，以及高速操作的设备的适用性的设备的性能进行了研究。结果表明，界面层，根据所需的应用，实际上是有益的，以提高这种设备的光电探测性能。此外，我们证明了硅衬底上的光谱响应和操作速度的影响。所制造的器件在从近UV到短/中红外（热）波长范围的宽光谱波长范围内工作，表现出接近10 $^6$ V/W的高光电压响应和几十纳秒的短上升和下降时间。
2017-06-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Si-based GeSn photodetectors towards mid-infrared imaging applications
本文报道了硅基GeSn中红外光电探测器的综合研究，其中包括：1）研制了一组Sn组分从10.5%到22.3%的光电导体，截止波长扩展到3.65 μ m。测得的最大D * 为1.1 × 10^10 cmHz ^（1/2）W（-1），与商用扩展InGaAs探测器相当; 2）在深入分析暗电流机理的基础上，发展了光电二极管表面钝化技术，有效降低了暗电流。此外，使用GeSn光电探测器获得中红外图像，显示出与使用商业PbSe探测器获得的图像质量相当的图像质量。
2019-06-07 physics.app-ph
Multiband strain balanced superlattice material system for third generation infrared detectors
本研究针对第三代红外探测器的应用需求，介绍了应变平衡超晶格（SLS）材料体系的发展背景，以及基于该体系的三色红外光电探测器的最新研究进展，为多色红外探测器件研发提供参考。
2024-05-14 physics.app-ph
All-Group IV membrane room-temperature mid-infrared photodetector
应变工程已经成为一种普遍存在的范例，以定制电子能带结构和利用相关的新的或增强的基本性质的半导体。在这方面，半导体膜作为一种多功能的纳米级材料出现，以控制晶格应变和设计复杂的异质结构，从而导致各种创新应用的发展。在这里，我们利用这个准二维平台来同时调整IV族GeSn半导体合金的晶格参数和带隙能量。随着Sn含量增加以达到直接带隙，这些半导体变得亚稳态并且通常压缩应变。我们发现，GeSn膜的释放和转移导致了显着的弛豫，从而扩展了吸收波长范围更深的中红外。将完全释放的Ge $_{0.83}$ Sn $_{0.17}$膜集成在硅上，并用于制造在室温下工作的宽带光电探测器，其记录波长截止为4.6 $μ$ m，而不损害在低至2.3 $μ$ m的较短波长下的性能。这些膜器件的特征在于暗电流的两个数量级的减少相比，从生长的应变外延层处理的设备。后者在2.6-3.5 $μ$ m范围内表现出含量依赖性的较短波长截止，从而突出了晶格应变弛豫在形成膜光电探测器的光谱响应中的作用。这种设计所有IV族可转移中红外光电探测器的能力为利用这些集成的硅兼容应变弛豫GeSn膜实现可扩展和灵活的传感和成像技术奠定了基础。
2020-08-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Polarization-sensitive GeSn Mid-Infrared Membrane Photodetectors with Integrated Plasmonic Metasurface
École Polytechnique de Montréal（蒙特利尔高等商学院）
针对中红外光电子需求，本文展示集成Au等离子体超表面的转移印刷Ge₀.₈₉Sn₀.₁₁薄膜光电探测器，实现3.0μm以上截止波长、2.5μm响应度提升近四倍及4:1偏振对比度，且可通过超表面尺度调谐工作波长，实验与模拟吻合。
2025-11-18 physics.app-ph physics.optics
Maximizing absorption in photon trapping ultra-fast silicon photodetectors
硅光电探测器在近红外波长下工作，具有高速和高灵敏度，对于新兴应用，如光探测和测距系统（LIDAR），量子通信和医学成像，变得至关重要。然而，这样的光电探测器在限制其实现的那些波长处呈现带宽-吸收权衡。光子捕获结构通过增强光-物质相互作用来解决这种权衡，但由于影响其设计和制造的多种因素，使其性能最大化仍然是一个挑战。本文研究了在提高运算速度的同时改善光子俘获效应的策略。通过优化光子捕获结构的设计，并将其实验集成在高速光电探测器中，同时实现了高达1000%的宽带吸收效率增强和超过50%的电容减少。这样的工作还允许提出经验方程，以将光电探测器的量子效率与光子捕获结构的物理性质、材料特性和制造技术的限制相关联。所得结果为设计高性价比的CMOS集成电路开辟了道路。
2020-12-22 physics.app-ph physics.optics
CMOS-compatible titanium nitride for on-chip plasmonic Schottky photodetector
在这里，我们提出氮化钛（TiN）作为替代等离子体材料的芯片上硅等离子体肖特基光电探测器，是基于内部光电发射过程和电信波长的操作。所研究的结构采用非对称金属-半导体-金属波导结构，其中一个电极是金，第二个电极是金、钛或氮化钛。除了这种类型的光电探测器所需的优异光学特性（如高吸收损耗和相当高的介电常数实部）外，氮化钛是一种CMOS兼容材料，可以轻松与现有CMOS技术集成。对于第一次，我们发现一个肖特基势垒高度为0.67 eV的氮化钛p型掺杂硅，这是非常接近的最佳值0.69 eV。该值确保了在1550 nm波长下工作的光电探测器的非常高的信噪比。此外，TiN提供了与Ti相比更短的模式进入金属的穿透深度，这增强了热电子到半导体的传输概率，并提高了响应度。
2019-05-02 physics.app-ph physics.ins-det
Tunable nano-plasmonic photodetectors
可见光和红外光子可以通过内部光电效应以宽带响应来检测。通过使用等离子体纳米结构，即纳米天线，可以通过几何形状相关的共振将波长选择性引入到这样的检测器。此外，已经实现了额外的功能，如电子响应度切换和偏振检测。然而，以前的设备由大型纳米结构阵列组成，以实现可检测的光电流。在这里，我们表明，这个概念可以缩小到一个单一的天线水平，导致检测器的尺寸远低于设备的谐振波长。我们的设计包括一个单一的电连接的等离子体纳米天线覆盖着宽带隙半导体，允许通过热载流子的注入在VIS/NIR的宽带光电探测。我们演示了电开关的颜色灵敏度以及偏振检测。我们的研究结果有望实现超小型，高度集成的光电探测器与先进的功能。
2022-04-29 physics.app-ph physics.optics
Two-dimensional Platinum Diselenide Waveguide-Integrated Infrared Photodetectors
用于硅（Si）光子学的低成本、易于集成的光电探测器（PD）仍然是光子集成电路（PIC）的瓶颈，特别是对于1.8 $μ$ m以上的波长。多层二硒化铂（PtSe $_2$）是一种半金属二维（2D）材料，其可以在低于450 $°$ C下合成。我们直接在硅波导上共形生长PtSe $_2$基PD。PD在1550 nm波长下工作，最大响应率为11 mA/W，响应时间低于8.4 $μ$ s。在1.25 $μ$ m至28 $μ$ m波长范围内的傅里叶变换红外光谱（FTIR）表明PtSe $_2$适用于远至红外波长范围内的PD。我们通过直接生长集成的PtSe $_2$ PD优于通过标准2D层转移制造的PtSe $_2$ PD。PtSe $_2$具有红外响应性、化学稳定性、低温下的选择性和保形生长以及高载流子迁移率的潜力，使其成为一种有吸引力的光电子和PIC二维材料。
2022-03-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Wavelength-Agnostic Metasurface Design for Next-Generation 2D Photodetectors
该研究探索了结合协方差矩阵自适应优化与严格耦合波分析（RCWA）的复合方法，逆向设计二维光子晶体超表面，实现选定波长/模式下近完美吸收，为高性能二维超表面基器件（如量子技术组件）提供计算高效的设计方案。
2024-11-28 physics.app-ph physics.optics
Enabling Highly Efficient Infrared Silicon Photodetectors via Disordered Metasurfaces with Upconversion Nanoparticles
本文提出将无序Mie-等离子体超表面与UCNPs集成，突破硅带隙限制，在1550 nm实现高响应红外探测并兼容CMOS。
2025-03-16 physics.app-ph physics.optics
Self-powered Broadband Photodetector on Flexible Substrate from Visible to Near Infrared Wavelength
本文提出一种基于MoS2/Sb2Te3范德华p-n异质结的柔性自供电光电探测器，通过施加压缩应变调控能带结构，实现可见至近红外波段的高响应度与低暗电流，适用于可穿戴和柔性光电器件。
2023-05-15 physics.app-ph physics.optics
High-speed and high-responsivity hybrid silicon/black-phosphorus waveguide photodetectors at 2 μm
硅光子学正从用于光纤通信的1.3-1.5 μm近红外（near-IR）窗口扩展到2 μm或更长的中红外（mid-IR）波段，以满足许多应用中日益增长的需求。硅基中红外光波导探测器作为各种光子系统中不可缺少的器件之一，引起了人们的广泛关注。先前高性能的硅上波导光电探测器通过引入另一种半导体材料（例如，Ge和III-V族化合物）。不幸的是，这些传统的半导体材料对于~2 μm或更长的波长不能很好地工作，因为光吸收变得非常弱。作为替代方案，二维材料提供了一个新的和有前途的选择，使硅上的有源光子器件。在这里，黑磷（BP）薄膜与优化的介质厚度（~40 nm）作为光吸收的活性材料和硅/BP混合脊波导光电探测器被证明在低偏置电压下具有高的响应度。在2μm处实现了高达4.0Gbps的数据传输。
2018-11-05 physics.app-ph physics.ins-det
Avalanche Photodetectors with Photon Trapping Structures for Biomedical Imaging Applications
在整个可见光范围内增强光电探测器中的光子探测效率和时间分辨率对于提高基于飞行时间（TOF）的成像系统和荧光寿命成像（FLIM）的图像质量至关重要。在这项工作中，我们评估的增益，检测效率，和雪崩光电二极管（APD）与光子捕获纳米结构的光子与450和850 nm波长的定时性能。在850 nm波长下，我们的光子捕获雪崩光电二极管显示出30倍的增益，从16%增加到>60%的增强吸收效率，以及接近击穿电压的半峰全宽（FWHM）脉冲响应时间减少50%。在450 nm波长处，外量子效率从54%提高到82%，而增益提高了20倍以上。因此，与对照器件相比，具有光子捕获结构的硅APD的吸收显著增加。结果表明，可以制造具有快速定时特性和近紫外和近红外区域之间高吸收的非常薄的设备，用于生物医学成像中的高速应用。这项研究为获得具有光子捕获结构的单光子探测器铺平了道路，在整个可见光范围内增益超过10^6
2021-04-27 eess.IV physics.app-ph physics.optics
Graphene-Quantum Dot Hybrid Photodetectors from 200 mm Wafer Scale Processing
本文展示了200 mm晶圆级工艺平台用于大规模生产GFET-QD混合光电探测器，实现96%高良率、宽光谱高响应度及CMOS集成，验证了红外光电探测器批量制造与成像应用的潜力。
2023-03-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Silicon-based Intermediate-band Infrared Photodetector realized by Te Hyperdoping
硅基光电探测器满足低成本和环境友好的标准，并可以使芯片上互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的光子系统的发展。然而，由于Si的固有带隙，将其室温光响应扩展到中波长红外（MWIR）区域仍然具有挑战性。在这里，我们报告了一个全面的研究，室温MWIR光电探测器的基础上硅超掺杂碲。实验结果表明，在1.0-1.9 μm波长范围内，该器件的光谱响应可达5 μm，探测性能略低于商用器件。我们还研究了背景噪声与Te超掺杂硅光电二极管灵敏度之间的相关性，发现在1 μm和1.55 μm处的最大室温比探测率分别为3.2 x 10^1/2 cmHz^{1/2} W ^{-1}和9.2 x 10^8 cmHz^{1/2}W^{-1}。这项工作有助于为建立一个在室温下工作的硅基宽带红外光子系统铺平道路。
2020-11-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Demonstration of Si based InAs/GaSb type-II superlattice p-i-n photodetector
在本文中，中波红外光电探测的基础上的InAs/GaSb的II型超晶格p-i-n光电探测器直接生长在Si衬底上的演示和表征。从光致发光测量的积分强度的激发功率依赖性揭示了功率系数P~I0.74，表明缺陷相关的过程中发挥重要作用的光生载流子的主要复合通道。在70 K时，器件在-0.1 V偏压下的暗电流密度为2.3 A/cm ~ 2。暗电流的Arrhenius分析显示激活能远小于有源层带隙的一半，这表明该器件主要受表面泄漏和缺陷辅助隧穿的限制，与光致发光分析一致。在-0.1V偏压下，探测器的50%截止波长为~5.5 μ m，峰值响应率和比探测率分别为1.2 A/W和1.3 × 10 ~（e9）cm·Hz ~（1/2）/W。基于这些光电子学表征结果，通过优化III/V-Si界面来减少缺陷，以及抑制表面泄漏通道被认为是该Si基T2 SL探测器朝向Si光子学平台上的低成本、大幅面MWIR探测系统的性能改进的主要因素。
2019-06-18 physics.app-ph
Strain-Engineered High Responsivity MoTe2 Photodetector for Silicon Photonic Integrated Circuits
在集成光子学中，特定波长是优选的，诸如1550 nm，这是由于低损耗传输和在该光谱区域中的光学增益的可用性。对于基于芯片的光电探测器，分层的二维（2D）材料具有科学和技术相关的性质，由于诸如减少的库仑屏蔽或激子状态的效应，导致强的光-物质相互作用器件。然而，还没有实现使用2D材料的通信C波段中的高效光电探测器。在这里，我们展示了一种基于MoTe 2的光电探测器，其具有在1550 nm处工作的强光响应（响应度= 0.5 A/W），该光电探测器通过在光吸收过渡金属二硫属化物膜内设计应变（4%）来实现。我们表明，约4%的诱导拉伸应变减少了约0.2 eV的MoTe 2的带隙通过显微镜测量的功函数在整个设备。与依赖于无间隙能带结构的石墨烯光电探测器不同，这种半导体二维材料探测器显示出约100倍的改进暗电流，从而实现了仅为90 pW/Hz ^[0.5]的有效噪声等效功率。这种应变工程集成光电探测器为集成光电系统提供了新的机会。
2019-12-22 physics.app-ph physics.optics
High-Bandwidth Extended-SWIR GeSn Photodetectors on Silicon Achieving Ultrafast Broadband Spectroscopic Response
$2-2.5\,μ$ m波长范围内的高频脉冲发射器的可用性为超快光谱学、自由空间和光纤通信、监视和识别、人工智能和医学成像等领域的大量新应用铺平了道路。然而，开发这些新兴技术及其大规模使用取决于高速，低噪声和具有成本效益的光电探测器的可用性。从这个角度来看，在这里，我们展示了生长在硅片上的锗锡光电二极管，具有高宽带操作，覆盖了扩展的短波红外范围，在室温下的峰值响应度为0.3 A/W。这些GeSn器件表现出高带宽，达到7.5 GHz，在5 V的偏置与2.6 $μ$ m截止波长，和他们的集成在超快时间分辨光谱应用证明。除了能够在2.3 $μ$ m处实现时间分辨电致发光之外，GeSn探测器的高速操作还被用于诊断具有在2.5 $μ$ m处的皮秒范围内的时间分辨率的超连续谱激光的超短脉冲。建立这些能力突出了硅集成高速扩展SWIR应用的可制造GeSn光电二极管的潜力。
2021-11-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Ultra-fast quantum-well infared photodetectors operating at 10μm with flat response up to 70GHz at room temperature
基于子带间跃迁的III-V族半导体中红外光电探测器在高达数百GHz的超高速操作方面具有巨大的潜力。在这项工作中，我们利用~ 350 nm厚的GaAs/Al_（0.2）Ga_（0.8）As多量子阱异质结，在室温下，在10 μ m波长处实现了外差探测，其频率响应几乎平坦，最高可达70 GHz，仅受测量系统带宽的限制。这是迄今为止报道的量子阱中红外光电探测器的最宽RF带宽。在300 K和77 K下分别获得了0.15A/W和1.5A/W的响应率。为了允许超快操作和垂直入射的照明，检测器由50欧姆共面波导组成，该共面波导与亚波长天线的2D阵列单片集成，通过悬挂的电线电互连。利用这种器件结构，我们获得了~ 30 fF的寄生电容，对应于天线的静态电容，在300 K下产生了RC限制的3dB截止频率> 150 GHz，用小信号等效电路模型提取。使用这个模型，我们定量地再现检测器的频率响应，并找到在室温下低至1 ps的固有滚降时间常数。
2021-01-05 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Multifunctional 2d infrared photodetectors enabled by asymmetric singular metasurfaces
本文提出在石墨烯上集成非对称奇异超表面，同时增强中红外吸收和结构非对称性，实现零偏置光电流，并展示高达200的偏振比及栅控偏振响应切换功能。
2025-05-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Compact Variational Neural Networks for Spectral Inference from a Single Nonlinear 2D Perovskite Photodetector
University of Exeter（埃克塞特大学）；CNR NANOTEC, Institute of Nanotechnology（意大利国家研究委员会纳米技术研究所）；University of Salento（萨莱诺大学）
本研究提出紧凑变分神经网络，利用单个二维钙钛矿光电探测器的非线性动力学编码光场，通过机器学习实现光谱重建，在少于400次实验数据训练下，波长重建R²达0.958，为紧凑光谱系统提供新方案。
2026-08-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optimization of light trapping micro-hole structure for high-speed high-efficiency silicon photodiodes
我们在800- 950 nm波长的快速硅光电探测器中优化了薄板中的微孔。横向模式被证明是负责有效的光捕获。小的无序和锥孔形状有助于在宽的波长范围内实现均匀的量子效率。
2018-08-29 physics.app-ph
Roadmap for Gain-Bandwidth-Product Enhanced Photodetectors
光电探测器是执行基本的光电信号转换的关键光电构件，并且与太阳能电池不同，它以特定的波长和高信号或传感速度运行。然而，为了实现高检测器性能，当同时旨在增加检测器的时间响应、速度（称为增益带宽积（GBP））时，器件物理学对可实现的检测器灵敏度（诸如响应度和增益）设置了基本限制。虽然探测器GBP近年来一直在增加，但平均GBP仍然相对适中（~10^6-10^7 Hz-A/W）。在这里，我们讨论光电探测器的性能限制和机会的基础上，从缩放长度理论有关的光载流子通道长度，迁移率，电阻与光波导模式约束的参数。我们表明，短通道探测器与槽波导的方法是协同的，当结合起来，提供了一个高度的探测器设计的协同作用，特别是对于类纳米薄材料。事实上，我们发现二维材料探测器不受其低迁移率的限制，原则上可以实现100 GHz的快速响应速率。然而，对于这种薄材料来说，接触电阻仍然是一个挑战，这是一个尚未解决的研究课题。一种临时解决方案是利用异质结方法进行功能分离。尽管如此，在这种基于下一代缩放长度理论的检测器中使用的原子级和纳米级薄材料也需要高材料质量和单片集成策略到光子电路中，包括近晶圆工艺。目前，这封信旨在指导社区实现下一代光电探测器，目标是GBP = 10^12 Hz-A/W的性能目标。
2020-06-30 physics.app-ph physics.optics
On-chip lateral Si:Te PIN photodiodes for room-temperature detection in the telecom optical wavelength bands
本文首次实验展示了横向 Te 超掺杂 Si PIN 光电二极管在室温电信波段工作，并详细描述了其制造工艺、工作原理与性能，为在单一硅芯片上利用平面 CMOS 技术集成有源和无源光子元件提供了有前景的方案。
2023-05-02 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Fast Yet Quantum-Efficient Few-Layer Vertical MoS2 Photodetectors
半导体二维材料，如二硫化钼（MoS 2）和过渡金属二硫属化物家族的其他成员，已成为应用于高性能纳米电子学的有前途的材料，表现出优异的电学和光学性能。报道了在与半透明金属电极接触的垂直少层MoS 2器件中高效光电流（PC）的产生。该器件的光吸收可以通过使用几层薄片制造垂直光电器件来改善，实现高达0.11 A/W的光响应和高达30%的外量子效率（EQE）。由于垂直设计，电极之间的距离可以保持在几个纳米的范围内，从而大大减少了光生载流子的收集时间，提高了器件的效率。在1.24至2.58 eV的光子能量范围内测量波长相关的PC，光响应度和EQE。与以前的平面和垂直器件相比，这些垂直的几层MoS 2光电器件具有非常短的响应时间，60 ns，和5.5 MHz的截止频率，同时保持高的光响应度。
2019-05-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Waveguide-Integrated Two-Dimensional Material Photodetectors in Thin-Film Lithium Niobate
绝缘体上薄膜锂氧化物（LNOI）是光通信、微波光子学和量子技术的一个有前途的平台。虽然在LNOI平台上已经实现了许多高性能器件，如电光调制器和频率梳源，但使用简单且低成本的制造技术在LNOI平台上实现光电探测器（PD）仍然具有挑战性。二维（2D）材料是实现光电探测的优秀候选者，因为它们具有强的光-物质相互作用、优异的机械柔性和潜在的大规模互补金属氧化物半导体兼容制造。在这项工作中，我们建议使用LNOI-2D材料平台来解决这一需求，并展示两种类型的高性能LNOI波导集成2D材料PD，即石墨烯和碲（Te）。具体而言，LNOI-石墨烯PD具有在电信和可见光波长下的宽带操作，高达3 * 106 W-1的高归一化光电流与暗电流比，以及同时超过40 GHz的大3 dB光电带宽。另一方面，LNOI-Te PD在0.5 V偏置下为电信光信号提供7 A/W的响应度，同时支持GHz频率响应。我们的研究结果表明，二维材料的多功能特性及其与LNOI波导的良好兼容性可以为未来LN光子集成电路中的系统工作点监测和高速光电转换提供重要的低成本解决方案。
2022-12-05 physics.app-ph physics.optics
Wideband Balanced Photodetectors for Classical and Quantum Light Detection from Optical, EUV, to X-rays
JILA, University of Colorado and NIST（科罗拉多大学与NIST联合JILA）；Department of Physics, Indiana University（印第安纳大学物理系）
提出一种自举跨阻放大器架构，通过低噪声结型场效应管接口隔离光电二极管电容并抑制核心放大器输入电容，结合有源反馈电抗补偿，克服了极紫外-软X射线硅光电二极管的大结电容导致的带宽-噪声权衡，实现了13 fA/√Hz的系统输入参考噪声基底、六倍信噪比限制带宽扩展以及高达100 kHz时超过30 dB的共模抑制比。
2026-05-22 astro-ph.IM physics.app-ph physics.ins-det
Tunable Photodetectors via in situ Thermal Conversion of TiS$_3$ to TiO$_2$
在二维材料研究中，氧化通常被认为是电子和光电子器件退化甚至失效的共同原因。然而，在某些情况下，受控氧化可以打开广泛调谐2D材料的能带结构的可能性。特别是，我们证明了三硫化钛（TiS $_3$），层状半导体，最近引起了广泛关注，由于其准一维电子和光电性能和其直接带隙为1.1 eV的控制氧化。将TiS $_3$在空气中加热到300 °C以上，逐渐将其转化为TiO $_2$，这是一种具有3.2 eV宽带隙的半导体，在光电化学和催化方面具有应用。在这项工作中，我们研究了控制热氧化的个别TiS $_3$纳米带和它的光电性能的TiS $_3$为基础的光电探测器的影响。我们观察到一个逐步的变化，在截止波长从其原始值~1000 nm到450 nm后，进行后续的热处理循环的TiS $_3$设备。从头算和多体计算证实，当增加氧的量和减少硫的量时，氧硫化钛（TiO $_{2-x}$ S $_x$）的带隙增加。
2020-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Extended-SWIR High-Speed All-GeSn PIN Photodetectors on Silicon
本研究提出并制备了一种硅基垂直全GeSn PIN光电探测器，通过阶梯渐变温度控制外延协议生长异质结构，实现了12.4 GHz的高带宽和0.24 A/W的高响应度，覆盖整个e-SWIR范围，解决了传统III-V族器件在硅上集成困难的问题。
2024-01-05 physics.app-ph physics.optics
High-Responsivity Photodetection by Self-Catalyzed Phase-Pure P-GaAs Nanowire
缺陷对于光电子器件是有害的，例如堆垛层错可以形成载流子传输势垒，并且具有深能级的外来杂质（Au）可以形成载流子陷阱和非辐射复合中心。本文首先研制了具有纯锌层（ZB）结构的自催化p型GaAs纳米线（NWs），并以此制作了光电探测器。由于不存在堆垛层错并抑制了大量深能级缺陷，该光电探测器在室温下具有1.45 x 105 A W^-1的高光响应度，对波长为632.8 nm的低强度光信号具有高达1.48 x 10^14琼斯的优异比探测率（D*），优于先前报道的NW基光电探测器。这些结果表明，这些自催化纯ZB GaAs纳米线是光电子应用的有前途的候选人。
2018-04-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A High-Speed Waveguide Integrated InSe Photodetector on SiN Photonics for NIR Applications
本研究将90 nm厚多层InSe集成在SiN波导上制备高速光电探测器，在近红外976 nm波段实现了低暗电流、高响应度和85 MHz 3 dB带宽，可应用于短距光互连等领域。
2023-05-01 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Bayesian Inference-enabled Precise Optical Wavelength Estimation using Transition Metal Dichalcogenide Thin Films
尽管数据分析能够从大型复杂的数据集中得出精确的推论，但在凝聚态和材料科学领域（经常生成大量复杂的计量数据），数据分析的使用仍然非常有限。具体来说，这种方法可以大大降低直接利用材料物理特性的设备的工程复杂性。在这里，我们提出了一个网络物理系统，用于准确地估计任何单色光的波长在325- 1100 nm的范围内，通过应用贝叶斯推断的光学透射率数据从一些低成本，易于制造的薄膜“过滤器”的层状过渡金属二硫属化物（TMD），如二硫化钼2和WS 2。测试的单色光的波长可以在所述光谱范围的99%上以仅1%的估计误差来估计，在仅具有11个滤波器的系统中，最低误差值达到低至百万分之几十（ppm）。通过逐步消除对精度贡献最小的滤波器，即使在两个滤波器系统中也可以获得99%的平均估计精度。此外，我们提供了一种统计方法，用于选择最好的“过滤器”材料的任何预期的光谱范围内的透射率的光谱变化的基础上，在所需的波长范围。最后，我们证明了不时校准滤波器的数据驱动模型可以克服其透射率值的微小漂移，这允许无限期地使用相同的滤波器。这项工作不仅能够开发具有高精度颜色估计的简单网络物理光电探测器，而且还为开发复杂性大大降低的类似网络物理系统提供了框架。
2019-01-29 physics.app-ph
Few-Layer MoS$_2$/a-Si:H Heterojunction pin-Photodiodes for extended Infrared Detection
将少层二硫化钼（FL-MoS $_2$）薄膜集成到非晶硅（a-Si：H）pin光电探测器中。为了实现这一点，垂直a-Si：H光电二极管生长的等离子体增强化学气相沉积（PE-CVD）的大规模合成和转移均匀FL-MoS $_2$的顶部。这种新型的探测器阵列表现出长期稳定性（超过六个月），并优于传统的硅基针光电探测器在红外范围（IR，$λ$ = 2120 nm）的灵敏度高达50 mAW $^{-1}$。实现了高达2 × 10 $^{10}$ Jones的光电探测率和3%的外量子效率。探测器还具有在不同光谱范围之间切换的偏置相关响应度的附加功能。这种可扩展的探测器阵列的实现是朝着在IR光谱范围内操作的像素化和波长选择性传感器迈出的重要一步。
2019-07-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
The Acoustophotoelectric Effect: Efficient Phonon-Photon-Electron Coupling in Zero-Voltage-Biased 2D SnS$_2$ for Broadband Photodetection
本文发现SnS₂中声子-光子-电子耦合的声光电效应，利用100 MHz表面声波在零偏压下实现低暗电流宽带光电探测，红外响应度较此前提升八个数量级。
2023-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Theoretical Investigation of Optical Intersubband Transitions and Infrared Photodetection in $β$-(AlxGa1-x)2O3/Ga2O3 Quantum Well Structures
本文对超宽带隙铝镓氧化物（（AlxGa 1-x）2 O3）/镓氧化物（Ga 2 O3）量子阱系统的子带间跃迁进行了理论研究。传统的材料系统已经成熟为成功的子带间器件应用，例如用于可再现成像系统的大面积量子阱红外光电探测器（QWIR）焦平面阵列，但是从根本上受限于中波长和长波长红外应用的最大导带偏移。短红外和近红外器件对于光通信系统和生物医学成像应用具有重要的技术意义，但由于这个原因，在子带间设计中难以实现。本文采用第一性原理方法，对单斜$β$（AlxGa 1x）2 O3/Ga 2 O3材料系统的设计空间进行了估算，其设计范围从短波红外（1 ~ 3μm）到远红外（大于30μm）。我们估计了两个QWIPs在长波长和短波长范围内的性能指标，包括在光通信波长λp 1.55μm处的高室温探测率（约10^11 Jones）的估计。我们的研究结果表明，快速成熟的（AlxGa 1-x）2 O3/Ga 2 O3材料系统的潜力，打开子带间器件应用的大门。
2020-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Lasing in Group-IV materials
近红外（1.6 μ m）的硅光子学已经是光数据通信，特别是短距离光数据通信的关键技术之一。在量子计算、人工智能、光信号处理等领域，复杂的光子集成与大批量制造相结合，也有着广阔的应用前景。然而，硅光子学尚未覆盖中红外的大部分应用。在2至5 μ m波长范围内，环境传感、生命传感和安全都依赖于分子振动的光学特征来识别复杂的单个化学物质。这种分析的市场是巨大的，并不断增长，推动灵敏度，特异性，紧凑性，低功耗操作和低成本。一个全组IV，CMOS兼容的中红外集成光子平台将是这个波长范围的关键推动者。至于其他波长，这样的平台应该是完整的低损耗引导互连，检测器，调制器，最终，最重要的是高效和集成的光源。本章回顾了中红外硅兼容的光和电泵浦激光器，发光二极管和光电探测器的Ge，GeSn和SiGeSn合金领域的最新发展。它包含了对这些发展的基本原理的见解，包括能带结构建模，材料生长和加工技术。
2020-12-18 physics.app-ph physics.optics
