近期，实验室先进光电材料与器件物理团队在二维范德华异质结红外探测领域取得积极进展，相关研究成果以题为“Light trapping enhanced broadband photodetection and imaging based on MoSe2/pyramid Si vdW heterojunction”的论文发表在ESI物理类TOP期刊《Nano Research》上（封面文章）。郑州大学为第一单位，硕士生潘少勤为论文的共同第一作者，吴翟、林沛和李新建教授为共同通讯作者。

光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的器件，在生物成像、光通信和军事领域发挥着重要的作用。虽然传统的光电探测器已广泛商业化，但是也面临一些挑战。因此需要积极寻找新材料、发现新特性、设计新结构的器件来进一步提高光电探测器的性能。近年来，二维材料以其优异的物理、化学性能，成为新一代电子和光电子器件中一个独特而有前途的材料家族。同时，二维材料自然钝化的表面不存在悬挂键，可以很容易地与其它半导体材料构建可设计的范德华异质结。近年来已经成功探索出一系列基于不同器件结构和探测机制的二维光电探测器，用于探测紫外、可见光和红外区域的光信号。其中，二维MoSe2具有宽可调带隙、高载流子迁移率以及良好的空气稳定性，被视为宽波段光点探测的理想材料。然而受限于超薄的厚度和基于机械剥离法和化学气相沉积法获得的较小尺寸，导致基于MoSe2光电探测器的性能不理想，并且集成化器件制备难度大。

为了解决上述问题，相关研究人员采用原位金属转化范德华生长法成功制备出大面积的二维MoSe2薄膜，设计构建了具有强陷光结构的硅金字塔阵列结构，从而构筑了MoSe2/硅金字塔混合维度范德华异质结器件以及4×4阵列器件，得益于混合维度的增强光吸收和具有强内建电场的II型异质结构，成功实现了从紫外到短波红外（265 ~ 1550 nm）宽波段、高灵敏、自驱动光电探测与成像应用。器件在零偏压下的响应度高达0.67A/W，比探测率为1.84×1013Jones,响应速度达到0.34/5.6μs。此外，所构筑的4×4探测器阵列表现出出色的图像传感能力。该研究结果为实现高性能宽波段光电探测器与集成提供了一种有效的设计策略。

图1 MoSe2/金字塔Si异质结光电探测器红外探测与成像性能

图2 杂志封面

该工作得到了国家自然科学基金、河南省优秀青年基金、河南省中原青年拔尖人才项目的支持。

论文链接：https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-023-5650-x