光電探測器的原理是由輻射引起被照射材料電導(dǎo)率發(fā)生改變。光電探測器的工作原理是基于光電效應(yīng)，熱探測器基于材料吸收了光輻射能量后溫度升高，從而改變了它的電學(xué)性能，它區(qū)別于光子探測器的最大特點(diǎn)是對光輻射的波長無選擇性。
為了提高傳輸效率并且無畸變地變換光電信號，光電探測器不僅要和被測信號、光學(xué)系統(tǒng)相匹配，而且要和后續(xù)的電子線路在特性和工作參數(shù)上相匹配，使每個(gè)相互連接的器件都處于最佳的工作狀態(tài)。
具有寬帶探測能力的光電探測器在我們?nèi)粘Ｉ畹脑S多領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，并已廣泛應(yīng)用于成像、光纖通信、夜視等領(lǐng)域。迄今為止，基于傳統(tǒng)材料的光電探測器如：GaN 、Si 和 InGaAs占據(jù)著從紫外到近紅外區(qū)域的光電探測器市場。
然而，相關(guān)材料復(fù)雜的生長過程和高昂的制造成本阻礙了這些探測器的進(jìn)一步發(fā)展。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，人們一直在努力開發(fā)具有可調(diào)帶隙、強(qiáng)光-物質(zhì)相互作用且易于集成的二維材料光電探測器。
如今，許多二維材料如石墨烯、黑磷和碲等已經(jīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的寬帶光探測能力。盡管如此，目前基于二維材料的高性能寬帶光電探測器數(shù)量仍然有限，特別是許多基于二維材料的光電探測器雖然表現(xiàn)出較高的光響應(yīng)度和探測率，但響應(yīng)速度較慢，這可能歸因于其較長的載流子壽命，這種較低的響應(yīng)速度限制了二維光電探測器的實(shí)際應(yīng)用。
最近，石墨烯、黑磷和部分過渡金屬二硫?qū)倩?TMDs)范德華異質(zhì)結(jié)器件已經(jīng)展現(xiàn)出二維材料在高速寬帶光電探測領(lǐng)域的潛力。然而，石墨烯是一種零帶隙材料，黑磷在環(huán)境條件下并不穩(wěn)定，TMDs異質(zhì)結(jié)的制造工藝相對復(fù)雜，這些問題同樣限制了這些材料在光電探測領(lǐng)域的應(yīng)用。
鑒于此，中科院合肥研究院固體所納米材料與器件技術(shù)研究部李廣海研究員課題組李亮研究員與香港理工大學(xué)應(yīng)用物理系嚴(yán)鋒教授合作，開發(fā)了一種基于層狀三元碲化物InSiTe3的光電探測器，合成出高質(zhì)量的InSiTe3晶體，并通過拉曼光譜分析了其拉曼振動(dòng)模式。InSiTe3的間接帶隙可以從1.30 eV(單層)調(diào)節(jié)到0.78 eV(體塊)。
此外，基于InSiTe3的光電探測器表現(xiàn)出從紫外到近紅外光通信區(qū)域(365-1310 nm)的超快光響應(yīng)(545-576 ns)，最高探測率達(dá)到7.59×109 Jones。這些出色的性能價(jià)值凸顯了基于層狀I(lǐng)nSiTe3的光電探測器在高速寬帶光電探測中的潛力。
論文第一作者為納米材料與器件技術(shù)研究部博士生陳家旺。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省領(lǐng)軍人才團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、安徽省自然科學(xué)基金、安徽省先進(jìn)激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)室開放基金和香港理工大學(xué)基金的支持。
