二维材料在红外探测器中的应用最新进展

二维材料，具有原子厚度，以其独特的物理、化学性质，吸引了广大研究人员的关注，成为了众多研究领域（如物理、材料、电子、光电子和化学等等）的明星材料。因二维材料具有较高的载流子迁移率、强的光-物质相互作用、电/光学性质各向异性等，使其在光电子领域具有光明的应用前景。其中，窄带隙二维材料，如黑磷、黑磷砷等，在红外光电探测器中表现出巨大的应用潜力，成为了红外探测领域的新宠。

近期，电子科技大学光电科学与工程学院李春教授和兰长勇副教授课题组在《红外与激光工程》期刊上发表了以“二维材料在红外探测器中的应用最新进展”为主题的综述文章。通讯作者为兰长勇副教授，兰长勇副教授主要从事低维纳米材料与器件的研究工作。

这项研究对二维材料在红外探测器中的应用，特别是光子型光电探测器的最新进展进行介绍。首先对二维材料的背景进行介绍；然后介绍表征光电探测器的关键参数；接着介绍二维材料在红外探测器中的最新进展，分别展示了单二维材料红外探测器、异质结红外探测器和光波导红外探测器方面的进展；最后对二维材料在红外探测器中的应用进行展望。

黑鳞和黑磷砷（b-AsP）光电探测器

这项研究主要基于器件的基本结构（单二维材料和异质结机构）来进行深入讨论。

在单二维材料探测器中，黑磷（BP）、过渡金属硫族化合物、Te纳米片以及Bi₂O₂Se比较具有代表性。黑磷（BP）具有范德瓦尔斯层状结构，层与层之间通过弱的范德瓦尔斯力结合，具有很高的载流子迁移率、宽的带隙可调范围和优良的电学性能，使其在光电子领域具有很大的应用潜力。过渡金属硫族化合物是研究的比较早的二维材料，其中存在带隙在红外范围的窄带隙材料，如MoTe₂和近期的热点材料PdSe₂和PtSe₂等。VI族的Te材料具有独特的一维手性链状晶体结构，具有很小的带隙外，实验发现二维Te纳米片具有很高的载流子迁移率。

异质结光电探测器

在异质结光电探测器中，范德瓦尔斯层状材料，由于表面没有悬挂键，依靠弱的范德瓦尔斯键实现不同层的堆垛构成整体，可将不同的二维材料堆叠在一起构成垂直堆垛型异质结而无需考虑不同材料之间的晶格失配。该特点使此类材料具有不存在常规材料的界面态问题，有利于制作高性能光电器件。二维堆垛型异质结视材料间的能带排列、偏压大小可以工作于光电导型或者光伏型。

光波导探测器

另外，二维材料虽然同光具有强烈的相互作用，但是其厚度太薄，能够被吸收的光非常有限。为了能够实现对光的充分利用，研究人员采用了多种结构，如光学共振腔、波导结构等，用于增强光-物质相互作用。其中光波导结构的光电探测器的好处是可以充分利用倏逝波，使光同二维材料充分作用，同时这种结构非常适合应用于集成光学。为进一步提高二维材料探测器件的性能，可以引入量子点。量子点型光电探测器具有新颖的光电性能，如在宽光谱中具有较高光学吸收、响应光谱可受量子点形貌调控等。

二维材料以其独特而丰富的特性吸引了广大研究人员的广泛关注，在红外探测器方面具有光明的应用前景。尽管二维材料在红外探测领域取得了巨大的进步，面向实际应用还存在许多问题，如二维材料的规模化制备问题、规模化器件制作工艺问题、。如何充分利用二维材料超薄的特性又不损失对红外光探测的灵敏度的问题。随着研究的深入，必将涌现出新的探测机制、新的器件结构，相信在不久的将来，二维材料将有望应用于实际设备中。

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