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18
2025
-
05
湘潭大学研发自供电、宽带和偏振敏感的光电探测器，助力近红外偏振探测
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肖特基结作为一种金属-半导体接触结构，因其优异的整流和光伏特性而被广泛应用于电子和光电器件中。肖特基结光电探测器利用内建电场高效分离光生载流子，展现出在自供电、超灵敏和快速响应光电探测器中的巨大潜力。然而，传统金属电极制备过程中存在的费米能级钉扎效应、界面缺陷态以及背靠背肖特基结的反向漏电流等问题，使得肖特基势垒的精确调控和整流性能优化面临挑战。二维材料的发展为光电探测器带来了新的机遇，尤其是二维半金属材料，其层间通过范德华力相互作用，能够显著缓解费米能级钉扎效应，并严格遵循肖特基-莫特规则，从而实现对肖特基势垒高度的精确调控。此外，二维半金属材料还具有零带隙特性、各向异性和独特的拓扑保护能带结构，使其在自供电、偏振敏感和宽带光探测应用中具有显著的竞争优势。
这项研究构建了一种垂直异质结结构的Au/2H-MoTe₂/1T’-MoTe₂，利用非对称肖特基接触开发出自供电、宽带和偏振敏感的光电探测器。这种垂直结构缩短了异质结内载流子的扩散距离，提高了载流子分离效率。首先通过离子溅射在SiO₂/Si基底上沉积Au电极。然后，利用蓝胶带从块体晶体中剥离出2H-MoTe₂和1T’-MoTe₂纳米片，并借助聚二甲基硅氧烷（PDMS）将其转移到基底上。使用原子力显微镜（AFM）测量异质结的厚度和表面电位图像，通过透射电子显微镜（TEM）获取1T’-MoTe₂和2H-MoTe₂纳米片的高分辨率图像，并利用拉曼光谱仪采集异质结的拉曼光谱，相关结果如图1和图2所示。通过实验和表征，验证了1T’-MoTe₂在缓解费米能级钉扎效应方面的显著作用。
接着，研究人员对基于Au/2H-MoTe₂/1T’-MoTe₂异质结的光电探测器的光电性能进行了全面分析。图3展示了该器件在暗态和1064 nm光照（近红外）下的光电性能。图4展示了该器件在660 nm光照（可见光）下的光电性能。结果显示，通过构建两个同向内建电场，显著增强了光生载流子分离的驱动力，从而提高了异质结的光电探测性能，实现了从405 nm到2200 nm的宽带光探测；在660 nm激光照射下，其峰值On/Off比为5.97×10⁴，响应度为80.59 mA/W，外量子效率为15.14%，比探测率为1.05×10¹² Jones。
综上所述，这项研究成功开发了一种基于非对称肖特基接触的Au/2H-MoTe₂/1T’-MoTe₂异质结，实现了自供电、宽带和偏振敏感的光电探测。通过引入1T’-MoTe₂，显著缓解了费米能级钉扎效应，提高了整流性能，并通过两个同向内建电场增强了载流子分离效率。该异质结在405 nm到2200 nm波段展现出优异的光电探测性能，特别是在660 nm激光照射下，其On/Off比、响应度、外量子效率和比探测率等关键参数均表现出色。这项研究不仅为自供电、宽带和偏振敏感光电探测器的发展提供了新的思路，还为二维范德华半金属材料在高性能光电器件中的应用提供了重要的参考。
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