对拓扑光电探测的展望:基于半金属的高性能光电探测
来源:基础研究处 发布时间:2020-07-16 05:57

  光电探测器是现代通信和传感系统中重要的光电子器件。目前中长波光电探测的技术瓶颈主要受困于半导体材料的固有局限。中长波低能量光子的探测依赖于窄带隙半导体材料,而带隙的减小带来了室温下暗噪声的困扰。近十年来,科研人员尝试使用半金属材料替代窄带半导体材料用于中长波的光电探测,在低能耗,宽谱,高速响应等诸多方面展示了半导体材料无可比拟的优势。但是基于半金属材料的光电探测器为了避免暗电流需要在无偏置条件下工作,一直存在响应度低的关键性能缺陷,限制了其进一步发展。天津大学精密仪器与光电子工程学院刘晶课副教授微纳测试课题组一直致力于开发高性能光电探测器,近些年,该课题组将二维层状纳米半导体、半金属材料应用于光电探测领域,并通过构建新型器件结构等方法,大大提高了探测器的响应度。这些工作为基于拓扑半金属的光电探测器打下了基础。刘晶副教授等分析探讨了半导体材料和半金属材料作为光电探测材料的优势和局限,总结了过去十多年时间里,基于半金属材料的光电探测方面取得的进展并重点论述了仍待解决的关键问题及其背后的物理原因,重点论述了通过引入拓扑半金属材料和拓扑效应到光电探测对中长波光电探测器领域可能带来的改变,详细分析了拓扑光电探测领域取得关键突破之后,未来需要解决的关键问题和难点,并展望了未来在新材料,新器件结构中利用特殊的拓扑效应来解决这些问题的技术路径,该前瞻性文章在线发表在国际刊物《自然-材料》(Nature Materials)上,该展望为“拓扑光电探测”领域的未来研究工作描绘了充满希望的发展前景。

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