基于二维材料的光通信波段光电探测器

光电探测器是光通信、光学成像系统的核心组件。光通信波段纳米光电探测器是当前光电信息技术领域的重要研究对象。目前，基于铟镓砷和汞镉碲等传统化合物半导体材料的光通信波段光电探测器面临着制备流程复杂、成本高昂、工作温度低、集成困难等问题。新型二维材料具有独特的结构和光电性质，是制备下一代低功耗、小型化光电探测器的重要材料。主要概述了二维材料光电探测器在光通信波段的研究进展，包括二维材料的独特物理化学性质、光电探测器的基本工作原理和参数指标等，重点论述了基于二维材料及其异质结的光电探测器的研究进展，最后总结了该领域面临的挑战以及发展前景。     

二维材料光电探测器的研究进展(续)

<正>4基于二维材料异质结构的光电探测器石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷、二维钙钛矿等二维材料已经展现出了一系列独特的光电性质,因此在异质结构中通过将不同的二维材料进行组装,将这些特性集成在一个器件中,从而制造出性能优越的多功能光电系统[97]。本节介绍了基于4种二维材料间异质的光电探测器,同时还介绍了与金属纳米颗粒结合、具有表面等离激元型的光电探测器以及与其他材料异质的光电探测器。4. 1二维材料异质结构光电探测器     

二维半导体红外光电探测器研究进展（特邀）

红外探测在生物医疗、智慧城市、宇宙探索等前沿领域中有着重要的作用。近年来,以二维材料为代表的新型纳尺度半导体并以此形成的具有颠覆性意义的光电探测技术在探测灵敏度、极低暗电流、高工作温度等指标超越了传统薄膜器件的理论极限,是新一代红外光电探测技术有力竞争者之一。文中以局域场调控实现室温高性能光电探测为出发点,介绍了铁电局域场、层间内建电场、面内内建电场调控二维材料光电探测机理与器件实现方法;进一步,针对二维材料其尺寸效应引起的光利用率低或量子效率低的问题,提出了单边异质结和表面等离子激元增强结构的光电性能增强方法;最后列举了二维半导体材料在红外探测器领域的应用探索,展现了新型二维半导体红外探测器的应用潜力与前景,为新一代红外探测器技术提供了新方法和新思路。     

基于二维半导体材料光电器件的研究进展

近年来,二维半导体材料因其独特的晶体结构和优良的电子、光电特性吸引了众多科研人员的关注。利用这些材料作为有源沟道,制备出了许多新颖的器件结构,性能较传统器件有很大的提升。在各种器件应用中,基于二维材料的光电探测器由于能够实现红外及太赫兹波段的光探测,得到了最为广泛的研究。综述了近年来二维材料在光电器件领域的应用,介绍了光电探测器的主要参数,从电极制备、异质结构筑、量子点和分子掺杂、表面等离激元耦合以及界面屏蔽5方面介绍了目前在二维材料中调控光电性能的方法,对已有方法进行了总结,并且对未来的发展进行了讨论。     

高增益红外单光子探测技术研究进展（特邀）

超灵敏单光子探测是光量子信息和量子调控领域发展的关键技术,实现高效率、超灵敏、低功耗以及低成本的单光子探测具有重要的科学意义和应用价值。与可见光波段的Si基单光子探测器相比,红外响应单光子探测器目前在成本和性能方面都存在较大差距,探索基于新材料和新机制的红外单光子探测技术是光电探测领域发展的迫切需求。近年来,低维材料由于其独特的物化性质,为研制高增益、室温工作和宽波段响应的探测器提供了新的可能,高性能低维材料光电探测技术也成为了当前红外探测领域的研究热点。文中首先回顾了传统雪崩类半导体红外光电探测器的基本原理,在此基础上,介绍了基于新型低维材料的雪崩机制光电探测技术的最新进展,之后讨论了光诱导栅压效应型光电探测器件的新型光增益放大机制,并描述了在该工作机制下相关低维材料红外探测器的基本结构和性能表现。最后展望了高增益红外单光子探测技术的未来发展方向和面临的挑战。     

低维半导体异质结构光电探测材料及器件验证

面向国家"战略性先进电子材料"的发展目标,以国家重大战略需求,如全球气候观测、农林普查、国土资源探测、环境监测、深空探测和天文观测等领域的技术发展中面临的光探测器瓶颈问题为突破口,瞄准半导体材料及其光探测器正在朝全光谱覆盖、大面阵、高灵敏等方向快速发展的国际态势,开展低维半导体异质结构材料与光电器件研究,发展该体系材料人工设计精细调控的关键技术,推动多波段多种类型的光电探测器技术进步,促进我国经济、社会、国家安全及科学技术的发展.     

异质结光电探测器的性能研究

光电探测器用于将光纤传输的光信号转变为电信号，是半导体光电子学的重要器件。本文主要介绍几种异质结光电探测器的器件结构和工作原理，旨在探讨异质结光电探测器的研究现状和发展趋势。     

铁电局域场增强低维材料光电探测器研究进展（特邀）

光电探测器在通讯、环境、健康和国防等日常生活及国家安全等领域中应用广泛。随着时代的发展,对光电探测器在灵敏度、响应速度及波长范围等方面的性能要求与日俱增。低维材料独特的电学及光电特性使其在光电子器件领域具有重要的应用前景。为了充分利用低维材料的优势,克服其暗电流大、吸收率低的不足,研究人员提出将铁电材料与低维材料结合,利用铁电材料的剩余极化作用形成强局域场调控载流子浓度以提高低维材料的光电探测能力。文中总结了近年来铁电局域场增强低维材料光电探测器的研究成果,介绍了铁电材料对一维纳米线、二维材料以及低维结型器件的调控和性能提升方面的相关研究。最后,对铁电局域场增强低维材料光电探测器的发展趋势进行了简要的总结和展望。     

半导体纳米线红外探测研究进展（特邀）

近年来,红外探测器由于其在军民领域广阔的应用前景已经受到了越来越多的关注。为了进一步实现室温宽谱段、高灵敏度、快速响应以及低功耗的红外探测器,低维半导体作为极具潜力的新型沟道材料得到了广泛的研究。其中,纳米线有着独特的电学与光电特性,当被应用到红外光电探测器中时,展现出了巨大的优势,例如尺寸小、功耗低、光吸收效率高、表面态丰富、易于光电子分离与收集以及与传统硅基工艺兼容等等。当前,对于纳米线红外探测器的研究一直在进行中并不断取得突破。文中主要概述了纳米线在红外光电探测领域的最新研究进展,介绍了半导体纳米线的基本特性、材料选择和制备方法,展示了多种二元与三元化合物半导体中已实现红外探测的纳米线材料及其当前研究达到的探测水平,并且分类总结了多种进一步提高光电探测性能的方法,包括异质结合、外场调控、器件集成等,随后针对不同构型纳米线红外探测器的优缺点,进行了简要的对比与说明,最后基于该领域仍然面临的挑战对其未来的发展方向进行了展望,并为其技术发展路线提出了初步的建议。     

二维层状材料异质结光电探测器研究进展（特邀）

自石墨烯时代以来,具有独特物理、化学和光电特性的二维层状材料(Two-Dimensional Layered Materials,2DLMs)得到了国内外科研人员的广泛关注。2DLMs因其种类的多样化与带隙的层数依赖性,光谱响应范围覆盖了紫外到红外辐射的极宽波段,具有应用于新一代光电探测器件的潜力。此外,2DLMs不受晶格匹配的限制,能以范德瓦尔斯力(Van der Waals,vdWs)与其他维度材料如体材料、纳米线和量子点等结合,制备得到性能独特且优异的复合结构器件。文中概述了几种应用在光电探测器领域的新型2DLMs异质结光电探测器的研究进展,主要包括基于二硒化钨(WSe₂)、黑砷磷(AsP)、三硫化铌(NbS₃)、二硒化钯(PbSe₂)等异质结光电探测器,这些异质结光电探测器在异质结器件结构设计与新型二维半导体工艺技术应用方面做出了创新,在器件增益、结整流比、响应速度与波长探测范围等多个重要器件性能方面获得了突破性的研究成果。同时,文中还简要分析了这类器件研究当前所面临的挑战,并对其未来的发展方向进行了展望。     

宽带隙二维半导体TlGaS2紫外探测器

紫外光电探测器是继红外激光探测技术之后发展起来的一种新型探测技术。其中基于宽带隙的低维半导体材料的紫外光电探测器是当下的研究热点之一。为了实现对宽带隙二维材料体系的拓宽以及高性能紫外探测器的研制，研究了机械剥离的铊镓硫(TlGaS₂)纳米片的能带结构以及光谱性质，制作了基于TlGaS₂纳米片的紫外光电探测器。结果显示，TlGaS₂纳米片在紫外乃至日盲紫外波段均具有较高的吸收。探测器响应波段与光学吸收结果一致，对360 nm的紫外信号具有最佳的探测性能。此外，探测器在响应范围内均表现出了很低的暗电流以及优异的光电响应速度。测试结果说明了TlGaS₂二维材料在紫外光电器件领域具有一定的研究前景和潜在的应用价值。     

低维金属卤化物钙钛矿:一种微腔激光材料

金属卤化物钙钛矿具有优异的光电性能,在太阳能电池、光电探测等领域有着广泛的应用。该材料还具有优越的发光性能,通过调节卤素原子的种类与比例,可以实现可见光范围内的全波段发光;此外,其半峰全宽很窄,故在显示等领域也具有广阔的应用前景。这些特点使金属卤化物钙钛矿非常适于作激光增益介质,加上其低维材料本身就可以作为光学谐振腔,因此低维金属卤化物钙钛矿实现激光输出成为可能。相关的研究已经取得了重要的进展。     

异质结光电探测器的性能研究

光电探测器用于将光纤传输的光信号转变为电信号,是半导体光电子学的重要器件。本文主要介绍几种异质结光电探测器的器件结构和工作原理,旨在探讨异质结光电探测器的研究现状和发展趋势。     

北京邮电大学半导体低维量子结构材料研究组

半导体应变异质结构材料,如量子阱、量子线和量子点等在光电材料与器件中发挥着越来越重要的作用,晶格失配导致的应变对材料生长过程、形貌与物理性质具有非常重要的作用,弹性应变场能够改变半导体材料的能带结构,进而影响材料的光学和电学特性以及光电器件的性能。以应变工程为基础的低维量子结构材料的研究已经成为国际半导体材料与器件领域的重要研究方向。北京邮电大学半导体低维量子结构材料研究组在俞重远教授带领下,以连续弹性理论和原子势函数理论为基础,对于自组织量子结构材料的内部应变场、应变能、压电效应、电子与空穴的能级分…     

MSM光探测器直流特性的二维分析

基于有限差分方法对金属-半导体-金属（MSM）光探测器进行了二维分析，得到有明确物理意义的模拟曲线和结论，并结合模拟结果对MSM光探测器的光电直流特性进行了分析．全部模拟工作都是基于半导体物理的基本微分方程完成的，这对于未来优化设计探测器的性能和结构有很大的意义．     

等离子体增强型ZnO基纳米线异质结阵列光电探测器

低维ZnO基光电探测器具有高响应性和高光子吸收能力。然而,ZnO较窄的吸收范围以及较低的光生载流子寿命限制了低维ZnO材料在光电子学中的潜在应用。该研究展示了一种零维(0D)金属纳米等离子体增强氧化锌纳米线(ZnO)-硒化锌(ZnSe)异质结阵列的新型光电探测器。与基于单纯ZnO纳米线阵列的探测器件比较表明,该探测器具有优异的光电响应性能。在可见光作用下,该器件的响应度和平均上升(下降)时间分别为1.7 mA/W和1.812 ms (1.803 ms),在10 h连续测试中表现出优异的稳定性,为开发高性能光电探测器提供了一种低成本、可规模化的方法,有望在可穿戴设备、光通信系统、环境传感器等多方面得到应用。     

表面等离激元纳米结构增效的光电探测器进展（特邀）

光电探测器作为航空航天、深空探测和环境监测等领域的核心器件之一,具有重要的科学研究和实用价值。表面等离激元具有可突破光学衍射极限、实现纳米聚焦的性质,为光电探测器的性能提升提供了全新的技术手段,是近年来光电探测增效研究领域的热点之一。文中围绕表面等离激元纳米结构增效的光电探测器研究展开综述,首先介绍了各类表面等离激元纳米结构的物理特性,主要包括局域表面等离激元结构和传导型的表面等离极化激元结构,以及由表面等离激元金属和半导体材料构成的异质结构;然后重点从探测器性能、探测原理和工艺方法等角度,介绍了等离激元纳米结构增强的光电探测器的研究进展;最后对表面等离激元纳米结构增效的光电探测器及其在未来面临的挑战进行了总结和展望。     

CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜阵列光电探测器

将光电性能优异、可通过低温溶液法制备的卤化物钙钛矿制成阵列型光电探测器,必将推动其在成像、光通信等领域中的应用。然而,卤化物钙钛矿易被常规溶剂(包括显影液)溶解,导致其与光刻工艺不兼容。自组装单分子疏水层结合光刻工艺的亲水-疏水图形基底制备方法能解决制备过程中极性溶剂与钙钛矿材料不兼容的问题,通过简单的旋涂(极性钙钛矿前驱体溶液仅在亲水图形区域浸润)、低温退火,可以快速获得钙钛矿阵列。CH₃NH₃PbI₃薄膜阵列光电探测器具有良好的光电性能, 530 nm光辐照下探测率为4.7×10¹¹ Jones,响应度为0.055 A/W。这项工作为制备图案可控的钙钛矿薄膜阵列光电探测器提供了一种简单而有效的策略。     

基于碳管/石墨烯/GaAs双异质结自驱动的近红外光电探测器

基于单壁碳纳米管(SWCNT)/单层石墨烯/GaAs双异质结结构构筑了自驱动近红外光电探测器,利用GaAs优异的光电特性和石墨烯的高载流子迁移率特点,该光电探测器在无偏压情况下光电响应率可达393.8mA/W,比探测率达到6.48×1011 Jones,开关比为103。而且,利用半导体性SWCNT对近红外光子的高吸收特性以及SWCNT/石墨烯异质结对SWCNT产生光生载流子进行有效分离,使得该双异质结光电器件的光谱响应可拓展至1 064nm,突破了GaAs自身的响应极限860nm。     

MSM光探测器直流特性的二维分析

基于有限差分方法对金属-半导体-金属(MSM)光探测器进行了二维分析,得到有明确物理意义的模拟曲线和结论,并结合模拟结果对MSM光探测器的光电直流特性进行了分析.全部模拟工作都是基于半导体物理的基本微分方程完成的,这对于未来优化设计探测器的性能和结构有很大的意义.