Advanced Functional Materials:基于二维材料范德华集成的高性能红外探测器

红外探测器在热成像、生物医疗、通讯和军事等众多领域具有广泛的应用,但传统红外探测器(如InGaAs和HgCdTe等)具有高额的成本和苛刻的工作条件,严重限制其进一步发展。近年来,二维材料的崛起为高性能红外探测器提供了新的机会,其具有强的光与物质相互作用、宽探测光谱、表面平整而无悬挂键和制备成本低等优势而在红外探测领域引起了广泛的重视。但单一的二维材料红外探测器由于较低的光吸收率和较短的光生载流子寿命而难以实现较好的探测性能。对此,二维材料范德华集成是实现高性能红外探测器的有效手段。

二维材料具有表面平整而无悬挂键的特点,因此可以通过范德华相互作用进行集成。二维材料的范德华集成使不同结构和功能的器件成为可能,并且可以通过能带工程和载流子传输的调控来优化器件的性能。因此二维材料的范德华集成是实现高性能的红外探测器有效手段。近年来许多研究者报道了基于二维材料范德华集成的高性能红外探测器,展现其巨大的应用潜力。

华中科技大学翟天佑教授、周兴副教授等人近日系统地综述了近年来基于二维材料范德华集成的高性能红外探测器的研究进展。作者首先阐述了不同结构和能带排列的光电探测器的工作机理和优势;介绍了不同结构的范德华集成红外探测器的工作原理、优势和性能,包括二维材料/零维材料(量子点和等离激元纳米颗粒)、二维材料/一维材料(纳米线和纳米线阵列)、二维材料/二维材料(p-n异质结,p-g-n结构,层间跃迁异质结和光栅异质结)、二维材料/三维块体材料,并且总结了不同范德华集成红外探测器的性能;最后,作者提出了现阶段范德华集成红外探测器存在的问题和挑战,包括整体性能的平衡问题、探测波长问题和制备合成问题。作者认为,二维材料范德华集成红外探测器具有巨大的应用潜力,但目前在器件性能和制备方法方面还有待进一步研究。

论文信息:

Van der Waals Integration Based on Two-Dimensional Materials for High-Performance Infrared Photodetectors

Haoyun Wang, Zexin Li, Dongyan Li, Ping Chen, Lejing Pi, Xing Zhou*, Tianyou Zhai*

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202103106