中國電子元件行業(yè)協(xié)會
China Electronic Components Association
近期，上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院、上海市光探測材料與器件工程技術(shù)研究中心劉玉峰教授團(tuán)隊(duì)與國科大杭州高等研究院及美國麻省理工學(xué)院（MIT）等國內(nèi)外單位合作，在二維半導(dǎo)體材料異質(zhì)外延方面取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過「面內(nèi)自適應(yīng)異質(zhì)外延」策略，成功實(shí)現(xiàn)了二維半導(dǎo)體單晶材料在c面藍(lán)寶石襯底上的高取向外延生長。該方法通過晶體取向的30°旋轉(zhuǎn)，有效調(diào)控壓應(yīng)力與拉應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變的可容忍性，使不同晶格常數(shù)的異質(zhì)外延單晶與藍(lán)寶石襯底之間形成可控的界面應(yīng)變。更重要的是，基于該異質(zhì)外延材料的光探測器件較非外延器件展現(xiàn)出更優(yōu)異的光探測性能。相關(guān)成果以“In-Plane Adaptive Heteroepitaxy of 2D Cesium Bismuth Halides with Engineered Bandgaps on c-Sapphire”為題于2024年12月4日在材料類頂刊Advanced Materials上在線發(fā)表，研究生劉振宇（現(xiàn)為南方科技大學(xué)在讀博士生）為第一作者，劉玉峰教授、房永征教授及國科大杭州高等研究院單玉鳳博士為共同通訊作者。
異質(zhì)外延材料是半導(dǎo)體光探測器件的核心材料之一，然而受晶格匹配限制，這些材料在單一襯底上的異質(zhì)外延往往面臨較高的晶格應(yīng)變，導(dǎo)致界面質(zhì)量下降，晶體缺陷增加，面臨諸多“卡脖子”技術(shù)。同時(shí)，昂貴的半導(dǎo)體設(shè)備及復(fù)雜的半導(dǎo)體工藝技術(shù)限制了其廣泛應(yīng)用。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于在c面藍(lán)寶石襯底上異質(zhì)外延生長的異質(zhì)外延單晶構(gòu)建的光電探測器在450 nm波長的激光照射下，響應(yīng)時(shí)間為367.8 μs，探測率達(dá)到3.7×1012 Jones，線性動(dòng)態(tài)范圍(LDR)高達(dá)113 dB，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)玻璃襯底器件。此外，該光電探測器在多次開關(guān)循環(huán)和長時(shí)間測試中保持穩(wěn)定，展現(xiàn)出優(yōu)異的運(yùn)行可靠性和長的器件壽命。該工作為新型半導(dǎo)體材料異質(zhì)外延生長及其器件應(yīng)用提供了新的實(shí)驗(yàn)方法和理論支撐。
