黑体灵敏型室温红外检测是未来低尺寸红外光电探测器的重要发展方向。但是，由于对于低维窄带隙半导体的响应度和光谱响应范围的限制，很少有低维红外光电探测器表现出黑体灵敏度。本研究探索了CVD制备碲（Te）低维纳米材料的方法，选择合适的原料SnTe2,在一次生长过程中实现多种形貌的材料的可控生长。SnTe2是一种通过机械合金发合成的金属间化合物，在原料升温过程中，受热易分解为Te与Sn元素。Sn熔点较低，在低温时可以溶解Te，促进Te源挥发；另一方面，Sn可以起到催化作用，提升Te源活性。我们进一步用密度泛函理论(DFT)阐述了低维Te在生长过程中的形态演变和生长动力学，研究了其生长机制。与此同时，我们通过制备不同形貌的Te光导性晶体管探测器，得到器件优秀稳定的光电探测性能，包括其较高的增益带宽积、偏振消光比以及黑体响应。该工作研究解决了低维碲红外探测器在激光照射下具有较高响应但无黑体响应的“看似灵敏，实则不然”的关键问题。开拓了Te在红外光电探测器的应用方向，也进一步证明Te这个材料除了在晶体管电学方面，在红外光电探测方向也具有很好的前景。该成果以题为“Blackbody sensitive room-temperature infrared photodetector based on low-dimensional tellurium grown by chemical vapor deposition” 发表于Science Advances, 7(16):eabf7358 (2021).
图1.（a）Te材料生长示意图，（b）器件的GBP对比示意图，（c）器件黑体响应数据图，（d）器件的高分辨成像示意图。
完成人：胡伟达（胡伟达教授工作室）
学术影响：Science Advances, 7 (16), eabf7358 (2021)
