基于二维材料光子和光电器件的最新进展综述

近年来,二维层状化合物在各类光电器件方面的应用受到了研究人员的广泛关注,主要由于二维材料具备如下优势:具有原子级的厚度,使其中的电荷载流子浓度和光电性质可以通过局域电场等手段进行有效的调控;带隙分布于0-6 eV,包括绝缘体(如BN)、半导体(如MoS2,PtSe2,黑磷, 碲),半金属(如MoTe2), 拓扑绝缘体(如 Bi2Se3), 金属(如1T-TaS2),可以实现较广范围的电磁光谱响应;层数依赖的电子能带结构,比如黑磷材料的块材和单层状态均表现为直接带隙,其禁带宽度分别为 ~0.3 eV 和 ~2 eV;层间是较弱的范德华作用力,不用考虑晶格匹配的限制,进而制备出各种不同的范德华异质结构,从而满足不同的需求和器件应用。

近日,中国科学院半导体研究所魏钟鸣研究员和北京邮电大学雷鸣教授等人以“Recent Advances in the Functional 2D Photonic and Optoelectronic Devices”为题在Adv. Optical Mater.上发表综述文章,第一作者为王晓亭博士。该综述重点对四种功能性光子器件和光电器件进行了系统总结和讨论:包括二维长波长光电探测器,二维偏振光探测器,二维光电存储器和二维光调制器。文章首先详细介绍了四种光子和光电功能器件的最新研究进展,并分别对它们的器件设计,性能和运行原理得到了系统的研究讨论。文章最后对二维材料功能器件的发展和存在的问题进行了展望与讨论,比如对于二维长波长光电探测器,利用窄带隙的二维器件(BP, As1−xPx, PtSe2, Bi2Se3, and TaS2))可以实现高灵敏室温长波红外探测,进一步通过形成异质结或施加背栅电压能有效抑制暗电流噪声,提高探测灵敏度。而在响应度或光谱范围等方面的挑战,可以通过二维材料与其他的光子元件(如腔,QD和等离子体)进行集成或电场调制,原位可调器件的光谱响应范围并且可以实现吸收增强。

相关文章在线发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201801274)上。