Palladium Diselenide Long-Wavelength Infrared Photodetector with High Sensitivity and Stability
基于二维材料的室温长波红外探测器在遥感、热成像、生物医学光学和医学成像等领域有着广泛的应用前景。然而，石墨烯和黑磷中的亚带隙光探测一直是一个长期存在的科学挑战，因为光响应度低，在空气中不稳定和高暗电流。在这项研究中，我们报告了一个高灵敏度，空气稳定和可操作的长波红外探测器在室温下的PdSe 2光电晶体管及其异质结的基础上。在10.6 μm波长下，其光响应率高达~ 42.1AW-1，比目前铂二硒化物的光响应率高出一个数量级。此外，通过制作范德华异质结，可以有效地抑制暗电流和噪声功率密度。这项工作从根本上有助于在基于长红外二维材料的光子学的最前沿建立PdSe 2的长波长红外探测。
2019-02-06 physics.app-ph
Waveguide-integrated van der Waals heterostructure photodetector at telecom band with high speed and high responsivity
二维过渡金属二硫属化合物（transition metal dichalcogenides，TMDC）由于其强的光-物质相互作用和独特的材料特性，一直致力于开发新型光电子器件。特别是，具有高速和高响应性能的光电探测器对于大量的应用，例如在标准化电信波长下操作的高数据速率互连，具有极大的兴趣。然而，TMDC固有的小载流子迁移率成为高速应用的瓶颈。在这里，我们提出了高性能的垂直范德华异质结为基础的光电探测器集成在硅光子平台。我们的垂直MoTe 2/石墨烯异质结构设计最大限度地减少了TMDC中的载流子传输路径长度，并在-3伏的中等偏置电压下实现了至少24 GHz的创纪录测量带宽。应用更高的偏置或采用更薄的MoTe 2薄片可以将带宽提高到50 GHz。同时，得益于集成波导设计，我们的器件对1300 nm入射光的外部响应度达到0.2A/W。我们的研究揭示了性能的权衡和快速，高效的设备目前的设计准则。二维异质结和集成导波纳米光子学的结合为实现高性能光电子器件，如光电探测器、发光器件和电光调制器提供了一个有吸引力的平台。
2019-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of the nanowire diameter on the linearity of the response of GaN-based heterostructured nanowire photodetectors
纳米线光电探测器的研究，因为它们与灵活的电子产品的兼容性，或用于实现芯片上的光学互连。这种器件的特点是光电流增益很小，但其光响应与光功率呈次线性关系。在这里，我们提出了一个单纳米线光电探测器显示线性响应紫外线照明的研究。它们的结构由结合AlN/GAN/AlN异质结构的GAN纳米线组成，其产生内部电场。的异质结构的活动被证实的整流行为的电流-电压特性在黑暗中，以及由光响应的幅度和线性的不对称性。在反向偏置（GAN帽部分上的负偏置）下，当纳米线直径低于特定阈值（$\approx$ 80 nm）时，检测器与撞击光功率线性地表现，这对应于由于侧壁处的费米能级钉扎而导致的纳米线茎的总耗尽。在只有部分耗尽的纳米线的情况下，它们的非线性是由它们的中心导电通道的直径在照明下的非线性变化来解释的。
2019-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Room temperature infrared photodetectors with hybrid structure based on 2D materials
二维（2D）材料，如石墨烯、过渡金属二硫属化物（TMD）、黑磷（BP）及其相关衍生物，因其具有柔性、强光-物质相互作用、宽带吸收和高载流子迁移率等优点而引起人们的极大关注，成为下一代红外光电探测器的有力竞争者。然而，由于二维材料的厚度在纳米量级，二维材料的吸收非常弱，这限制了基于二维材料的红外探测器的探测性能。为了解决这一问题，科研人员尝试使用优化的器件结构与二维材料相结合，以提高红外探测器的性能。本文综述了近年来基于二维材料的混合结构室温红外探测器的研究进展，主要集中在2D-nD（n = 0，1，2）异质结构、二维材料与片上结构或等离子体结构的集成等方面。最后，总结了当前面临的挑战，并指出了未来的发展方向。
2018-12-13 physics.app-ph
Recent Progress and Future Prospects of 2D-based Photodetectors
传统的半导体，如硅和InGaAs基光电探测器，在现代电子学和光子学中遇到了光谱覆盖、低分辨率、不透明、不灵活和CMOS不兼容性方面的瓶颈。然而，新出现的2D材料，如石墨烯、TMD及其混合系统，可以规避所有这些问题，受益于机械灵活性、非凡的电子和光学特性以及晶圆级生产和集成。基于异质结的光电二极管基于2D材料，可提供从可见光到远红外范围的超快和宽带响应。基于2D混合系统的光电晶体管与其他材料平台（例如量子点、钙钛矿、有机材料或等离子体纳米结构）相结合产生超灵敏和宽带光检测能力。值得注意的是，2D光电探测器在硅光子或CMOS平台上的轻松集成为高性能、低成本、宽带传感和成像模式铺平了道路。
2019-04-23 physics.app-ph
Multilayer InSe-Te van der Waals heterostructures with ultrahigh rectification ratio and ultrasensitive photoresponse
多层范德华半导体材料在高性能光电子器件中具有广阔的应用前景。然而，基于层状半导体的光电导探测器经常受到大的暗电流和高的外部驱动偏置电压的影响。在这里，我们报告了一个垂直的范德华异质结构（vdWHs）的多层铟硒（InSe）和碲（Te）组成。多层InSe-Te vdWHs器件在室温下显示出大于107的创纪录的高正向整流比。此外，vdWHs器件还具有超灵敏的宽带光响应光电探测器，在弱入射功率的可见光照射下，器件的光暗电流比大于10 4，探测率高达10 13，响应率为0.45 A/W。此外，vdWHs器件具有光伏效应，并且可以用作自供电光电探测器（SPPD）。SPPD对300 nm至1000 nm的宽带光谱也非常敏感，能够检测微弱的光信号。这项工作提供了一个机会，开发下一代电子和光电子器件的基础上多层vdw结构。
2020-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Ultrahigh Responsivity Photodetectors of Two-dimensional Covalent Organic Frameworks Integrated on Graphene
二维（2D）材料在电子和光电子领域表现出优异的性能。对高性能光电子器件的广泛需求促进了对多样化2D材料的探索。近年来，二维共价有机骨架材料（COFs）作为具有预先设计的π电子骨架和高度有序的拓扑结构的下一代层状材料而出现，这对于定制其光电性能是很有希望的。然而，由于各向异性生长，COF通常以固体粉末形式生产，使得它们不可靠地集成到设备中。本文通过选择具有光电活性的四苯乙烯（TPE）单体，设计并合成了具有高度有序拓扑结构的光敏二维COFs，并在石墨烯上原位生长二维COFs，形成有序的COFs石墨烯异质结构。利用COFETBC TAPT石墨烯异质结构成功地制备了超灵敏光电探测器，并表现出优异的整体性能。此外，由于COFs的高表面积和极性选择性，光电探测器的光敏特性可以通过特定的目标分子可逆地调节。我们的研究为构建具有可编程材料结构和多样化调节方法的先进功能器件提供了新的策略，为光电子和许多其他领域的一代高性能应用铺平了道路。
2019-10-22 physics.app-ph physics.optics
High-Performance Perovskite Photodetectors Based on CH3NH3PbBr3 Quantum Dot/TiO2 Heterojunction
有机卤化铅钙钛矿材料由于其优异的光电性能，为开发高性能光电探测器提供了巨大的机会。纯钙钛矿光电探测器的主要问题是严重的载流子复合。钙钛矿与高导电材料如石墨烯或过渡金属硫化物的集成无疑提高了光响应性。然而，实现高的总体性能仍然是一个挑战。在这里，一个改进的光电探测器是由钙钛矿量子点（QD）和原子层沉积（ALD）TiO 2薄膜。所设计的CH 3 NH3 PbBr 3 QD/TiO 2双层器件显示出包括的性能，开/关比为6.3 × 102，响应度为85 AW-1，上升/衰减时间为0.09/0.11 s。此外，我们表明，界面起着至关重要的作用，在确定的设备电流和提高异质结光电探测器的整体性能，通过接口工程。我们相信这项工作可以为加速高性能溶液处理钙钛矿光电探测器的开发提供一种策略。
2020-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fast and Highly Sensitive Ionic Polymer Gated WS$_2$-Graphene Photodetectors
石墨烯与异质结构光电探测器中的半导体材料的组合使得能够使用微米级电子器件放大检测飞秒瓦光信号。目前，这种检测器的速度受到长寿命电荷陷阱和不切实际的策略（例如，使用大的栅极电压脉冲）的限制，已经采用这些策略来实现适合于诸如视频帧速率成像的应用的带宽。在这里，我们报告了封装在离子聚合物中的原子薄石墨烯-WS $_2$异质结构光电探测器，它独特地能够在高达1.5 kHz的带宽下工作，同时保持与$10^6$一样大的内部增益。高度移动的离子和纳米级德拜长度的离子聚合物用于筛选电荷陷阱，并在与WS $_2$的界面处在前所未有的范围内调节石墨烯的费米能级。我们观察到一个响应度$R=10^6$ A W $^{-1}$和探测度$D^*=3.8\times10^{11}$ Jones，接近单光子计数器。高响应度和快速响应时间的组合使这些光电探测器适合视频帧速率成像应用。
2017-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Wafer-scale Synthesis of Mithrene and its Application in 2D Heterostructure UV Photodetectors
本研究通过引入预硫化和有机配体辅助的热辅助转化方法，实现了mithrene（AgSePh）薄膜的晶圆级可控合成，并将其集成于石墨烯场效应光电晶体管中，展现出优异的蓝光检测性能。
2025-06-27 cond-mat.mtrl-sci 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
Mid-infrared photodetector based on 2D material metamaterial with negative index properties for a wide range of angles near vertical illumination
提出了一种基于石墨烯的负折射率超材料垂直照明硅兼容中红外光电探测器。在没有超材料的帮助下，以接近垂直于表面的角度耦合到2D层中是可以忽略的。我们提出了一种低损耗的超材料，介电结构与纳米/微米孔通过二维材料，支持谐振，并提高量子效率在很宽的入射角范围内。
2021-02-08 physics.app-ph physics.optics
Deep levels analysis in wavelength extended InGaAsBi photodetector
InP基稀铋化物InGaAsBi材料是一种很有前途的短波红外探测材料。限制这些InGaAsBi光电二极管性能的一个关键因素是由材料内的缺陷引起的暗电流。在这项工作中，低频噪声光谱（LFNS）和温度变化的光致发光被用来表征在器件中的缺陷水平。从LFNS光谱中识别出位于Ec-0.33 eV、Ev +0.14 eV和Ec-0.51 eV的三个深能级，这与通过InGaAsBi的光致发光光谱发现的发射峰能量一致。
2019-06-18 physics.app-ph
Near-infrared Schottky silicon photodetectors based on two dimensional materials
自2004年被发现以来，石墨烯因其高载流子迁移率、柔性、强光-物质相互作用和宽带吸收等优异特性引起了科学界的兴趣。尽管石墨烯具有微弱的光吸收和零带隙，但作为光电子器件的活性材料，石墨烯已经显示出令人印象深刻的结果。这一成功推动了对新的二维（2D）材料的研究，以用于下一代光电子器件，特别是光电探测器。事实上，大多数2D材料可以转移到许多衬底上，包括硅，为开发用于红外探测的肖特基结开辟了道路。虽然肖特基近红外硅光电探测器的基础上的金属是不是一个新的概念在文献中的二维材料，而不是金属的就业是相对较新的，它导致硅基光电探测器在红外区前所未有的性能。本章的目的是，首先阐明这些设备的物理效应和工作原理，然后描述文献中报道的主要结构，最后讨论近年来获得的最重要的结果。
2021-04-22 physics.app-ph physics.optics
Black phosphorus nanodevices at terahertz frequencies: photodetectors and future challenges
石墨烯的发现引发了未开发的二维材料和异质结构的快速崛起，这些材料和异质结构具有可以在纳米尺度上定制的光电和光子学特性。在这些材料中，黑磷（BP）由于许多有利的性质而引起了人们的极大兴趣，例如高载流子迁移率、面内各向异性、通过电选通和直接带隙改变其输运的可能性，其可以通过厚度从0.3 eV（体晶）到1.7 eV（单原子层）进行调谐。当集成在一个微观场效应晶体管（FET）中时，几层BP薄片可以检测太赫兹（THz）频率辐射。值得注意的是，平面内的晶体各向异性可以被利用来定制主导光响应的机制;基于BP的场效应晶体管可以被设计成充当等离子体波整流器、热电式传感器或热测辐射热计。在这里，我们提出了最近的研究工作从0.26太赫兹到3.4太赫兹的BP探测器的审查，特别强调的基本物理机制和未来的挑战，尚未得到解决，使BP的稳定和可靠的光学和电子技术的活性核心。
2019-03-14 physics.app-ph
Graphene in 2D/3D Heterostructure Diodes for High Performance Electronics and Optoelectronics
本文综述了由二维材料石墨烯和传统三维材料的异质结构制成的二极管。重点介绍了高频电子学和光电子学中的几种应用。特别是，金属-绝缘体-石墨烯（石墨烯）二极管相对于传统的金属-绝缘体-金属二极管的优点是相对于相关的品质因数进行了讨论。该概念扩展到一维二极管。本文介绍了几种用双极二极管作为有源元件的实验实现的射频电路应用。此外，石墨烯-硅肖特基二极管以及肖特基二极管的审查，在其潜在的光电探测。在这里，基于石墨烯的二极管有可能在几个关键的品质指标上优于传统的光电探测器，例如整体响应度或暗电流水平。显然，某些领域的优势可能以其他领域的劣势为代价，因此需要以特定于应用的方式定制2D/3D二极管。
2021-03-27 physics.app-ph
Ion-Implantation as Pixel Isolation for Fabrication of Planar Strain-Balanced Antimony-based Superlattice Infrared Photodetectors
应变层超晶格（SLS）材料系统是一种动态的、相对较新的红外探测材料。大幅面、小间距、低成本、高像素的焦平面阵列（FPA）是不同应用的需求。对于目前基于SLS的FPA，台面蚀刻用于限定像素。对于那些具有缩放像素尺寸的基于SLS的FPA，由于需要深蚀刻以及随后的钝化工艺，制作台面结构可能具有挑战性。解决这个问题的一个可能的解决方案是考虑平面结构，避免台面隔离蚀刻或复杂的表面处理/钝化工艺。本文综述了离子注入隔离型平面SLS红外探测器的研究进展。在这种制造方法中，从顶部施加离子注入以轰击表面用于器件隔离，类似于器件制造中的台面隔离步骤。
2022-05-24 physics.app-ph
Enhanced photoresponse in MoTe2 photodetectors with asymmetric graphene contacts
原子级薄的二维（2D）材料是用于小型化高性能光电子器件的有希望的候选材料。在这里，我们报告的多层MoTe2光电探测器与基于n型和p型石墨烯层的非对称电极接触。石墨烯接触中的不对称性在短（l = 15 nm）MoTe 2通道上产生大的（Ebi~100 kV cm-1）内置电场，即使在没有任何外部施加电压的情况下也引起高且宽（400至1400 nm）的光响应。空间分辨的光电压图揭示了增强的光响应和更大的内置电场在两个石墨烯接触之间的MoTe 2层的区域。此外，一个快速（~0.01 ms）的光响应是实现在光伏和光导操作模式的结。我们的研究结果可以扩展到其他2D材料，并为未来低功率光电应用中实施非对称石墨烯接触提供前景。
2019-04-07 physics.app-ph
Silver Telluride Colloidal Quantum Dot Infrared Photodetectors and Image Sensors
针对现有短波红外光电探测器成本高、难集成及传统胶体量子点材料有毒的问题，提出环保型碲化银量子点合成方法，制备出高性能RoHS合规光电探测器，并实现无重金属单片集成短波红外成像器，助力消费电子应用。
2024-09-18 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
Two-Dimensional Material Based Photodetector for Near Infrared Detection
针对本征石墨烯带隙限制导致红外探测不足的问题，本文提出石墨烯/金属插层石墨烯光电探测器，并结合CVD生长、湿法转移和锥形铝微电极实现室温近红外探测。
2025-02-15 physics.app-ph physics.optics
Integrated bolometric photodetectors based on transparent conductive oxides from near- to mid-infrared wavelengths
本文提出以透明导电氧化物为有源材料的波导集成测辐射热光电探测器，覆盖近红外至中红外，兼具CMOS兼容性，并在微瓦级输入下实现超过10 A/W的响应度。
2023-09-25 physics.app-ph physics.optics
Response times of two-dimensional photodetectors limited by intrinsic resistance and capacitance
Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）
该研究揭示了二维光电探测器响应时间受内在电阻和电容限制，发现光敏感结位置对最大调制频率有显著影响。
2025-12-12 physics.app-ph
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
Hybrid MoS$_2$-gap-mode metasurfaces photodetectors
二维二硫化钼（MoS $_2$）具有原子级薄的厚度和独特的带隙电子结构，被广泛认为是开发下一代超紧凑、轻质光电子器件的有吸引力的新材料。与此同时，最近出现的超颖表面已经在超紧凑的亚波长维度内展示了对电磁场的卓越可控性，提供了前所未有的方法来提高光电子器件的性能。在这项工作中，我们提出了一个集成的超颖表面与二维半导体材料，以实现偏振敏感，快速响应的光电探测器。所报道的设备是最紧凑的混合二硫化钼间隙等离子体元表面探测器。依靠由超颖表面提供的显著的电磁场限制来增强光吸收并减少表面状态，这通常限制光生载流子的寿命，我们测量了增强的光电流和快速的检测速度。此外，由超颖表面引入的强光学各向异性用于有效地控制光电探测器的偏振灵敏度。该工作为提高二维材料基光电探测器的性能提供了一种可行有效的解决方案。
2019-07-12 physics.app-ph physics.optics
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
Large-Area Electrodeposition of Few-Layer MoS2 on Graphene for 2D Material Heterostructures
涉及二维（2D）过渡金属二硫属化物和诸如石墨烯的其他材料的异质结构具有成为许多电子和光电应用的基本构建块的强大潜力。这种异质结构的集成和可扩展制造对于释放这些材料在新技术中的潜力至关重要。我们首次在石墨烯上通过非水溶液电沉积制备了多层二硫化钼薄膜。通过扫描和透射电子显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、能量和波长色散X射线光谱以及X射线光电子能谱学等方法，我们表明这种沉积方法可以在石墨烯上制备出高质量、均匀的大面积MoS2薄膜。我们揭示了这些异质结构的潜力，通过测量薄膜的光感应电流。这些结果为发展电沉积方法大规模生长由多种二维材料组成的异质结构铺平了道路。
2020-11-22 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
Investigation of photosensitive and photodetector characteristics of n-TPA-IFA/p-Si heterojunction structure
本研究制备了n-TPA-IFA/p-Si异质结二极管，通过实验表征其电学和光电特性，发现其具有高整流比和随光照增强的光响应，证实其可作为光电探测器应用。
2024-02-07 physics.app-ph
Engineering Vacancies in Bi2S3 yields sub-Bandgap Photoresponse and highly sensitive Short-Wave Infrared Photodetectors
缺陷在调整材料的光电性能方面起着重要作用。在这里，我们表明，硫空位能够工程师的子带光响应到短波红外范围内，由于形成的间隙状态的Bi 2S 3单晶支持密度泛函（DF）计算。硫化和随后的填补空缺的结果在更快的响应，但限制了光谱范围的近红外线所确定的Bi 2S 3的带隙。然后探索一种简单的化学处理，以将基于缺硫（SD）的探测器的速度加快10 ms，而不牺牲其红外光谱覆盖范围，同时在可见光-近红外范围内保持接近10^15琼斯的高D*，在1.6 μ m处保持接近10^12琼斯。这项工作还为硫空位在电子结构中的作用提供了新的见解，因此，进入子带隙光响应，使超灵敏，快速和宽带光电探测器成为可能。
2019-04-02 physics.app-ph
Broadband-tunable spectral response of perovskite-on-paper photodetectors using halide mixing
纸为电子产品提供了一种低成本和广泛可用的基材。它具有硅的替代特性，因为它显示出低密度和高柔性，以及生物降解性。可溶液加工的材料，如混合钙钛矿，还呈现出轻和柔性的特征，以及具有不同光学性质的材料组合物的巨大可调谐性。在这项研究中，我们结合了纸基板与卤化物混合钙钛矿的低成本和易于制造的纸上钙钛矿光电探测器与宽带可调光谱响应。从卤化物混合钙钛矿的带隙可调谐性，我们通过增加MAPb（I $_{1-x}$ Br $_x$）$_3$钙钛矿合金上的溴化物含量来创建具有范围从NIR到绿色的截止光谱起始的光电探测器。这些设备显示出快速有效的响应。对于纯I和Br钙钛矿组合物观察到最佳性能，在MAPbBr $_3$装置上具有376 mA/W的最大响应度。这项研究提供了一个例子，广泛的可能性，溶液加工材料与纸基材的组合提供了低成本，可生物降解和易于制造的设备的发展。
2022-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Recent Progress of Heterostructures Based on Two Dimensional Materials and Wide Bandgap Semiconductors
二维材料的合成和组装的最新进展为原子级薄膜的各种应用奠定了基础。这些二维材料具有丰富多样的性质，如层相关的带隙，有趣的自旋自由度，和可变的晶体结构。它们在微纳器件中具有广阔的应用前景。与此同时，宽带隙半导体（wide bandgap semiconductor，WBS）具有高击穿电压、高迁移率和高热导率等优点，在高频微波器件、高温和大功率电子器件中显示出重要的应用。除了对单一二维材料或WBS材料的研究外，多功能二维/WBS异质结构可以促进界面处的载流子输运，提供新的物理现象和应用，提高电子和光电子器件的性能。本文综述了二维异质结构材料和WBS异质结构材料的优点，并介绍了二维/WBS异质结构的制备方法。然后，我们介绍了2D/WBS异质结构的应用的多样性和最新进展，包括光电探测器，MEMS，传感器和能源相关的设备。最后，提出了二维/WBS异质结构目前面临的挑战和未来的研究方向。
2022-03-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nano-Subsidence Assisted Precise Integration of Patterned Two-Dimensional Materials for High-Performance Photodetector Arrays
针对二维材料在非平坦衬底上集成困难的问题，提出基于纳米沉降的新型制备方法，实现了微图案化二维材料/硅光电二极管阵列的精确可靠集成，器件峰值灵敏度和外部量子效率优于多数商用产品，为超越硅的微电子学提供可行路径。
2023-06-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Highly Sensitive, Fast Graphene Photodetector with Responsivity $>10^6$ A/W Using Floating Quantum Well Gate
石墨烯由于其零带隙的电子结构，有望作为超宽带光电探测应用的吸收材料。然而，基于石墨烯吸收的检测器由于弱吸收和快速光载流子复合而固有地遭受差的响应度，限制了它们用于低强度光检测的可行性。在这里，我们使用石墨烯/WS $_2$ /MoS $_2$垂直异质结来展示高度灵敏的光电探测器，其中石墨烯层具有双重目的，即作为光吸收层，也作为载流子传导通道，从而保持光电探测器的宽带性质。石墨烯中的一部分光电子遇到超快的层间转移到浮动单层MoS $_2$量子阱，提供强的量子限制光电门效应。光电探测器在30 fW入射功率下显示出$4.4\times 10^6$ A/W的响应度，优于迄今为止报道的光电探测器，其中石墨烯被用作光吸收材料几个数量级。此外，所提出的光电探测器表现出极低的噪声等效功率（$N\!E\!P$）的$<4$ fW/ $\sqrt{Hz}$和快速响应（$\sim$毫秒）与零联想光电流。这一发现对石墨烯基高灵敏、快速、宽带光电检测技术的示范具有吸引力。
2019-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Substrate Effects on the Speed Limiting Factor of WSe$_2$ Photodetectors
我们调查的时间分辨光电响应的WSe $_2$晶体在普通玻璃和柔性聚酰亚胺基板上，以确定的电介质环境的光电探测器的速度的影响。我们表明，不同的基板材料可以改变速度限制机制：而聚酰亚胺上的检测器是RC限制，玻璃上的那些是有限的较慢的激子扩散过程。我们将此归因于金属电极/WSe 2界面处的耗尽层的缩短，所述金属电极/WSe 2界面处的耗尽层的缩短是由玻璃与聚酰亚胺相比的较高介电屏蔽引起的。玻璃上的光电探测器显示出可调谐带宽，其可以增加到2.6 MHz的电场的增加。
2022-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Wafer-scale fabrication of two-dimensional beta-In2Se3 photodetectors
使用分子束外延（MBE）在2英寸c-蓝宝石晶片上获得二维（2D）$β-In_2Se_3$材料的外延生长。通过X射线衍射（XRD）、拉曼光谱和像差校正扫描透射电子显微镜（ac-STEM）证实了厚（90 nm）和非常薄膜（低至两个五层（2 nm））的优良质量。基于五个五重层的光电探测器的晶圆级制造使用光刻和其他标准半导体加工方法来生产。光电探测器表现出3 mA/W的响应率、$10^9$ Jones的峰值比探测率（D*）、550 nm处的0.67%的外部量子效率（EQE）和~7 ms的响应时间，这比之前报道的$β-In_2Se_3$光电探测器的任何结果都快。从光电流测量，观察到1.38 eV的光学带隙。这些关于2D $In_2Se_3$的晶片级沉积以及其制造成光电子器件的结果提供了将使2D材料商业化的缺失环节。
2020-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A strain tunable single-layer MoS2 photodetector
应变工程，其目的是通过施加应变来调整半导体的带隙，已经成为一种有趣的方式来控制二维（2D）材料的电学和光学特性。除了改变二维材料的固有特性外，应变的应用还可以用来修改基于它们的器件的特性。在这项工作中，我们研究了灵活的和透明的光电探测器的基础上单层二硫化钼双轴应变下的应用。我们发现，通过控制应变的水平，我们可以调整光响应度（2-3个数量级），响应时间（从<80 ms到1.5 s）和光谱带宽（135 meV/%或58 nm/%的计量因子）的设备。
2019-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
MoS$_2$-on-paper optoelectronics: drawing photodetectors with van der Waals semiconductors beyond graphite
我们通过将层状二硫化钼（MoS 2）晶体摩擦到一张纸上来制造纸支撑的半导体器件，类似于用铅笔在纸上画画/写字的动作。我们表明，二硫化钼晶体和纸基板之间的磨损有效地剥离的晶体，打破弱范德华夹层债券，并导致沉积的膜互连的二硫化钼片。采用这种简单的方法，可以很容易地扩展到其他二维材料，我们制造的MoS 2纸上宽带光电探测器的光谱灵敏度从紫外线（UV）到近红外（NIR）。我们还使用这些基于纸张的光电探测器来获取物体的图片，方法是将光电探测器安装在自制的单像素相机设置中。
2020-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Roadmap on UV-C photodetectors: materials, applications and industry perspectives
University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）；Swansea University（斯旺西大学）；sglux GmbH（sglux有限公司）；Jaypee Institute of Information Technology（贾伊皮信息理工学院）；National Institute for Materials Science（国家材料研究所）；Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Jilin University（吉林大学）；Dalian University of Technology（大连理工大学）；Fudan University（复旦大学）；Nanjing University of Posts and Telecommunication (NJUPT)（南京邮电大学）；Lanzhou University（兰州大学）；National Physical Laboratory（国家物理实验室）；The Open University（开放大学）；Heriot Watt University（赫瑞-瓦特大学）；Scottish Water（苏格兰水务）；Badger Meter UK Ltd（百得计器英国有限公司）；Badger Meter Austria GmbH（百得计器奥地利有限公司）；Universidad Complutense de Madrid（马德里康普顿斯大学）；Berdyansk State Pedagogical University（别尔江斯克国立师范学院）；Institute of Solid State Physics, University of Latvia（拉脱维亚大学固体物理研究所）；Federal University of São Carlos（圣卡洛斯联邦大学）
本路线图梳理了UV-C光电探测器的材料平台、应用领域，明确其发展机遇与瓶颈，助力推动该技术向实用化方向发展。
2026-08-10 physics.app-ph physics.ins-det
Enhanced UV Photodetector Efficiency with a ZnO/Ga$_2$O$_3$ Heterojunction
本研究通过旋涂和水热法制备ZnO/Ga$_2$O$_3$异质结，显著提升了紫外光电探测器的响应度和探测率，为低成本宽范围探测器提供了新途径。
2025-06-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Plasmon-enhanced graphene photodetector with CMOS-compatible titanium nitride
石墨烯已经成为用于片上光电探测器应用的超快光电材料。石墨烯的2D性质使其能够与互补金属氧化物半导体（CMOS）微电子和硅光子轻松集成，但石墨烯仅吸收$\sim$ 2.3%的光。等离子体金属可以增强石墨烯光电探测器的响应度，但可能导致CMOS不兼容的器件，这取决于金属的选择。在这里，我们提出了一个等离子体增强的光电热电石墨烯探测器，使用CMOS兼容的氮化钛（TiN）的绝缘体上硅（SOI）平台。器件性能通过其响应度、操作速度和噪声等效功率来量化。其带宽超过100 $\,$ GHz，并且在电信C波段上表现出几乎平坦的光响应。在3.5 $\,μ$ m的超紧凑长度下，光电探测器响应度高达1.4 $\,$ A/W（1.1 $\,$ A/W外部），这是所报道的石墨烯基波导光电探测器的最紧凑的覆盖区。此外，它工作在零偏置，消耗零能量，并具有超低的固有噪声等效功率（NEP $\,$ < $\,25\:\text{pW/}\sqrt{\text{Hz}}$）
2020-11-29 physics.app-ph physics.optics
Compact Graphene Plasmonic Slot Photodetector on Silicon-on-insulator with High Responsivity
石墨烯具有非凡的电光特性，因此是单片光子器件如光电探测器的有前途的候选者。然而，这种原子薄层材料与大体积光子组件的集成通常导致弱的光-石墨烯相互作用，导致限制电光性能的大器件长度。相比之下，在这里，我们展示了一个等离子体狭缝石墨烯光电探测器上的硅绝缘体平台具有高响应度的5微米短的设备长度。我们观察到，最大的光电流，因此最高的响应度，规模与槽隙宽度成反比。使用双光刻步骤，我们实现了15 nm的窄槽，与光子石墨烯光电探测器相比，每单位设备长度的响应度高出15倍。此外，我们揭示了背栅静电被这种超短沟道石墨烯光电探测器的接触引起的沟道掺杂贡献所掩盖。这导致准电荷中性，这解释了相对于石墨烯狄拉克点的最大基于光电流的光电流和观察到的非双极传输之间的先前未看到的偏移。这种微米紧凑和吸收效率高的光电探测器允许下一代光子元件中的短载流子路径，同时也是研究石墨烯光电子学中短沟道载流子物理的理想测试平台。
2018-11-14 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
One-pot Liquid-Phase Synthesis of MoS$_2$-WS$_2$ van der Waals Heterostructures for Broadband Photodetection
二维（2D）范德华异质结构（vdWH）在促进不同2D材料的层的堆叠方面具有其独特的潜力，用于光电子器件，其具有优异的特性和降低的成本。然而，大面积全二维异质结构的制备对于实现实用器件仍然具有挑战性。在目前的工作中，我们已经证明了一种快速而简单的，无杂质和高效的超声辅助化学剥离方法来合成基于二维二硫化钼（MoS $_2$）和二硫化钨（WS $_2$）的混合vdWHs，具有高产率。显微镜和光谱研究已经证实了层状2D材料的成功剥离和它们的混合异质结构的形成。通过光学吸收和拉曼位移测量以及X射线光电子能谱学确定的化学计量学，建立了vdW混合物中2D MoS 2和WS 2的共存。发现使用所合成的材料制造的vdWH/Si（2D/3D）异质结光电探测器的光谱响应与由基于单个2D MoS $_2$和WS $_2$的器件所示的光谱响应相比显示出优异的宽带光响应。峰值响应率被发现是~2.15 A/W，在波长为~560 nm的施加偏压为-5 V的化学合成的vdWH为基础的设备的易于制造和优越的性能，揭示了它们的潜在用途的大面积光电应用在Si兼容的CMOS平台。
2021-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Lateral Cavity-Enhanced Guided Mode Resonance Structures for Mid-wave Infrared Photodetector Pixels
本文提出了一种基于导模共振和混合腔-导模共振的超紧凑中波红外光电探测器像素设计，通过在250 nm厚吸收区及横向限制光场，在深亚波长厚度下实现了约50%的外部量子效率，兼具低暗电流和室温运行优势。
2025-04-02 physics.app-ph physics.optics
Fabrication of self-powered photodetector materials based on Ni-doped ZnO/p-Si heterojunctions
本文通过喷雾热解制备Ni掺杂ZnO/p-Si异质结材料，发现Ni掺杂可减小纳米结构尺寸、提升光响应速度，为优化ZnO基自供电光电探测器性能提供了参考。
2025-09-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
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
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
Structure, preparation, and applications of 2D material-based metal-semiconductor heterostructures
二维材料家族因其成员众多、性质各异而受到广泛关注。由于二维材料具有原子厚度和光滑表面，可以通过面外垂直堆叠或面内横向拼接的方式构建异质结构或同质结构，从而产生意想不到的物理和化学性质，并在许多领域得到应用。特别地，集成2D金属和2D半导体的2D金属-半导体异质结构或同质结构（MSHS）在未来的集成电子和能源相关应用中显示出巨大的前景。本文首先介绍了具有不同结构和维度的MSHS，然后介绍了几种制备MSHS的方法。然后讨论它们在电子学和光电子学，能量存储和转换，以及它们作为开发新物理学平台的应用。最后，我们对这一新兴领域的挑战和未来的研究方向给出了我们的观点。
2020-12-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Van Der Waals Heteroepitaxy of GaSe and InSe, Quantum Wells and Superlattices
半导体异质结构中的带隙工程和量子限制提供了在宽光谱范围内微调材料对电磁场和光的响应的手段。尽管如此，在晶格失配的衬底上形成半导体异质结构几十年来一直是一个挑战，导致器件集成的限制和在重要波长带中缺乏有效器件。在这里，我们表明，范德华外延的二维（2D）的GaSe和InSe异质结发生在基板上具有显著不同的晶格参数，即硅和蓝宝石。GaSe/InSe异质结被应用于量子阱和超晶格的生长，表现出与带间跃迁相关的光致发光和吸收。此外，我们展示了自供电的光电探测器的基础上，这种异质结构的硅，工作在可见光-近红外波长范围。在晶圆级制造，这些结果铺平了道路，在当前的硅技术的基础上，这些分层的2D材料的光电子集成。
2022-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strongly adhesive dry transfer technique for van der Waals heterostructure
具有原子级尖锐界面的范德华材料的堆叠为异质结的构建提供了一个新的材料平台。机械堆叠的技术挑战是在机械剥离后拾取剥离的原子级薄材料而不发生化学和机械降解。化学惰性的六方氮化硼（hBN）已被广泛用于封装和拾取vdW材料。然而，由于hBN的相对较弱的粘附性，基于hBN组装vdW异质结构受到限制。我们报道了一种新的干转印技术。我们使用两种vdW半导体（ZnPS3和CrPS4）来拾取和封装vdW异质结构的层，否则已知其难以制造。通过结合优化的聚己内酯（PCL）提供强大的粘附力，我们展示了各种垂直异质结器件，包括准二维超导NbSe 2约瑟夫森结与原子级清洁界面。基于PCL的vdW堆叠方法的多功能性为组装复杂的2D vdW材料而不发生界面退化提供了新的途径。
2020-10-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Plasmonic graphene photodetector based on channel photo-thermoelectric effect
我们提出了一种片上CMOS兼容的石墨烯等离子体光电探测器的基础上发生在整个均匀的石墨烯通道的光热电效应（PTE）。所提出的光电探测器结合了长距离介质加载表面等离子体激元（LR-DLSPP）波导与金属条同时作为等离子体激元支撑金属材料和金属电极之一。横向磁（TM）等离子体激元模式的大的平面内分量可以有效地耦合到石墨烯，从而导致整个石墨烯沟道上的大的温度增加，其中最大值位于金属条边缘处。结果表明，在1550 nm的通信波长下，仅用几十μW的输入功率就可以获得超过12000 K的电子温度。即使有诸如石墨烯的熔化温度（T= 4510 K）的限制，在1550 nm的电信波长处也可以实现超过至少200 A/W的响应度。它还表明，在一定的操作条件下，PTE通道光电流可以从光伏和pn结PTE的贡献提供了一种有效的方式，优化整体光电探测器的性能隔离。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
