近日，我院先进光电材料与器件物理课题组在新型二维半金属红外光电应用领域取得重要进展，相关成果以“Integrated Mid-Infrared Sensing and Ultrashort Lasers based on Wafer-Level T_d-WTe₂Weyl Semimetal”为题的研究论文发表在物理类顶级期刊《Applied Physics Reviews》上，并被编辑推选为Featured Article。郑州大学为第一作者单位，我院吴翟教授为第一作者，曾龙辉、单崇新教授和中国科学院半导体所张玲研究员为共同通讯作者。

目前，高度小型化的室温工作的红外探测系统在包括目标识别、成像、远程监测和气体传感等众多军事和民用领域有着迫切的需求。然而，基于传统窄带隙半导体材料的商用红外光电探测器受限于复杂且耗时的材料生长、器件加工工艺以及低温工作条件导致的高能耗。此外，难以实现高度集成化和微型化极大阻碍了其应用领域。具有无带隙电子结构和线性能量色散关系的二维半金属材料成为构建新型室温中红外探测器件的理想对象。但是，大规模图案化生长和衬底选择性要求的巨大挑战限制了材料的制备和器件的构筑。

图1.晶圆级二维WTe₂半金属薄膜及其中红外探测和锁模激光应用

为了解决上述难题，研究人员报告了一种便捷的共晶碲化转化(ETT)方法，用于合成晶圆级二维II型Weyl半金属WTe₂，同时原位制备出高质量的WTe₂/Si肖特基结器件，其展现出优异的室温红外探测性能：包括覆盖10.6 μm的超宽探测范围，在中红外(MIR)区域的室温探测率优于~10⁹Jones，和1.3 µs的响应时间，超过了大多数已报道的红外探测器的性能。同时，基于肖特基结的片上器件阵列在非制冷的情况下展示出出色的中红外成像能力。此外二维WTe₂外尔半金属可以作为稳定调Q和锁模激光应用的饱和吸收剂。此项工作为二维半金属的晶圆级制备提供了一条可行的途径，并展示了它们在片上集成中红外探测和成像系统以及超快激光光子学方面的巨大应用潜力。

该工作得到了国家自然科学基金和河南省青年拔尖人才等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0204248