Advanced Functional Materials:全介质纳米结构米氏共振耦合光增益实现超灵敏光电探测

作为2D材料家族的新鲜血液,非层状2D材料(2DNLM)在新一代光电器件的应用中已显示出巨大的潜力。然而,由于纳米级厚度带来的弱光吸收度以及表面悬挂键带来的界面复合,使得常规的2DNLM光电探测器始终伴随着性能受限的问题,极大地抑制了具有显著光电流和出众光子产率的2DNLM基光电子系统的发展。

针对这些问题,广东工业大学郑照强副教授与华南师范大学李京波教授团队合作设计了一种集成Si纳米柱阵列和非层状2D In2S3的器件结构,一方面,周期性的Si纳米柱阵列可以充当Fabry-Pérot(FP)增强的米氏(Mie)谐振器,能有效地控制和增强2D In2S3的光吸收。另一方面,p型Si会和n型In2S3构成异质结,在In2S3沟道中引入垂直的内建电场。内建电场能有效捕获光生空穴,使电子在In2S3中循环,从而获得高光增益。受益于这两种机制,所制备的光电探测器在405 nm波长下响应度达到4812 A/W,上升/下降时间仅为5.2/4.0 ms,探测度达到5.4×1015 Jones,是目前最灵敏的2D材料光电探测器之一。这项工作为构建高性能光电器件提供了新的思路和途径。

相关论文在线发表在Advanced Functional Materials(DOI:10.1002/adfm.202007987)上,第一作者为广东工业大学硕士研究生陆健婷。