Advanced Functional Materials :光通信波段高稳定高性能薄膜结构光电探测器

光通信技术,特别是在红外光通信波段(1300 nm ~ 1650 nm)的光通信技术在军事和民生领域都具有重要的应用意义。目前,基于二维(2D)材料,如石墨烯、过渡金属二卤化物(TMDs)、黑磷(BP)材料等,由于其外部可调带隙和独特的光电特性,正在成为光电探测领域的新星。然而,由于单层石墨烯的光吸收效率较低,其在实际的应用领域受到严重限制;BP在环境中不稳定性也成为实际场景应用的局限;而TMDs在红外波段响应较低,不适用于红外波段的光通信。与此同时,多数材料的异质结化合物不易大规模组装,难以实现单片阵列集成。因此,在红外光通信波段寻找具有理想光电性能(高吸收和响应光电流)的新材料和制作高性能高稳定的光电器件非常必要。

针对以上问题,电子科技大学光电科学与工程学院王军教授与南京大学电子科学与工程学院何亮教授、王欣然教授合作,利用三维拓扑绝缘体硒化铋(Bi2Se3)与氧化钼(MoO3)薄膜制备能在通信C波段应用的高性能光电探测器。该探测器具有良好的近红外探测率和响应速度,同时能在无保护措施的空气中保持大于120天的光电性能稳定性,拓宽了此类器件的应用场景。通过材料热退火的引入可以将器件的光学性能提高2倍以上。同时,器件的在通信C波段(1310 nm)的电流响应度能2.61×103 A W-1,响应时间能达到63 μs和大于6×103开关比。这项研究工作丰富了异质结红外光电探测器的制备方法,在将来基于新型拓扑绝缘体材料的高性能光通信器件的制备和发展提供参考。     研究者相信,此项研究将会为三维拓扑绝缘体材料在光通信领域开辟一条新道路。这种薄膜结构近红外光电探测设计与工艺处理,将为高性能、高稳定性的通信方式提供新的助力。本研究工作得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金等的资助,相关论文以题为“Ultrahigh Stability 3D TI Bi2Se3/MoO3 Thin Film Heterojunction Infrared Photodetector at Optical Communication Waveband”在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201909659)上,并于当期frontispiece做简要介绍。