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晶圓級二維MoTe?層的相位控制生長,助力寬帶紅外光電探測
來源:麥姆斯咨詢  瀏覽次數(shù):337  發(fā)布時間:2023-12-07

對于從基礎(chǔ)科學(xué)到工業(yè)用途的廣泛應(yīng)用來說,能夠感知寬帶紅外光是至關(guān)重要的。二維(2D)拓?fù)浒虢饘儆捎谄錈o間隙電子結(jié)構(gòu)和線性能量色散關(guān)系而被廣泛用于寬帶紅外探測。然而,這些半金屬的低電荷分離效率、高噪聲水平和片上集成困難嚴(yán)重阻礙了它們進(jìn)一步的技術(shù)應(yīng)用。



近日,蘇州大學(xué)揭建勝團(tuán)隊展示了一種簡單的熱輔助碲化途徑,用于晶圓尺度相控二維MoTe?層的范德華(vdW)生長。重要的是,ii型Weyl半金屬相(1T ')-MoTe?具有獨(dú)特的正交晶格結(jié)構(gòu),還具有破碎的反轉(zhuǎn)對稱,可確保有效的載流子輸運(yùn),從而減少載流子復(fù)合。這一特性是設(shè)計良好的1T '-MoTe?/Si垂直肖特基結(jié)光電探測器的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn),它具有高達(dá)10.6 μm的超寬帶探測范圍和超過10? Jones的中紅外(MIR)室溫比探測率。此外,二維 MoTe?層的大面積合成可以通過使用集成器件陣列來展示高分辨率非制冷中紅外成像能力。這項工作提供了一種基于二維材料制備非制冷紅外光電探測器的新方法。


相關(guān)研究以“Phase-controlled van der Waals growth of wafer-scale 2D MoTe? layers for integrated high-sensitivity broadband infrared photodetection“發(fā)表在Light: Science & Applications期刊。


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圖1 二維MoTe?的合成與表征

大面積二維MoTe?層的范德華生長,為高靈敏度光電器件的開發(fā)提供了更大的靈活性。圖2a為Gr/1T′-MoTe?/Si肖特基結(jié)器件示意圖。


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圖2 Gr/1T′-MoTe?/Si光電探測器的光電性能

考慮到光電探測器優(yōu)越的紅外探測能力,研究人員利用Gr/1T′-MoTe?/Si肖特基結(jié)器件進(jìn)一步探索了室溫紅外成像。圖3a展示了以單個Gr/1T′-MoTe?/Si器件作為核心器件的成像測量系統(tǒng)示意圖,紅外光通過固定在二維平移臺上的空心長波紅外圖案掩模。


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圖3 Gr/1T′-MoTe?/Si光電探測器應(yīng)用于中紅外成像

這種優(yōu)異的室溫成像能力和良好的器件陣列均勻性無疑證實了其在中紅外成像應(yīng)用中的巨大前景。與Si技術(shù)兼容的二維MoTe?層的晶圓級增長顯示出下一代低功耗、低成本的片上Si CMOS系統(tǒng)的巨大潛力。


在紅外探測中,有效的載流子運(yùn)輸可以提高探測器的響應(yīng)速度和靈敏度。本文介紹了一種新方法,通過生長二維MoTe? 層來克服傳統(tǒng)半金屬的局限性,并實現(xiàn)有效的載流子傳輸,從而提高紅外探測效率。


二維MoTe? 層的相控生長方法還可以應(yīng)用于其他材料,來提高紅外探測的性能。這種方法的基本原理是通過控制熱處理條件,實現(xiàn)從半導(dǎo)體相(2H)到半金屬相(1T')的相變,從而拓展了材料的應(yīng)用領(lǐng)域。事實上,二維過渡金屬二硫化物材料中的許多其他材料也具有半導(dǎo)體和半金屬性質(zhì),如二硫化鉬(MoS?)、二硫化鎢(WS?)和二碲化鎢(WTe?)等。因此,這種相控生長方法可以應(yīng)用于這些材料。此外,這種方法還可以應(yīng)用于如過渡金屬氧化物和半導(dǎo)體量子點(diǎn)等其他材料。這些材料具有優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì),可以用于制備高性能紅外光探測器。總之,二維MoTe? 層的相控生長方法具有良好的可擴(kuò)展性和可重復(fù)性,可以為紅外光探測器的制備提供一種新思路。