作者:张晗等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2021/8/5 12:48:31
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基于二维β-InSe的高性能偏振敏感光电探测器

光经物体的反射、折射、吸收和散射等作用后将改变自身的偏振特性,进而从光的偏振信息中可以获得物体的表面粗糙度、光泽、薄膜材料的光学参数及电导率等信息。有效拾取入射光的偏振信息在民用和军事领域都有着重要的应用价值。然而,目前抛开辅助设备(偏振片、偏振介质膜等)通过探测器自身对这些信息进行直接识别和检测的方法仍十分欠缺。

针对这一难题,深圳大学微纳光电子学研究院张晗团队采用温度梯度法成功制备出β相硒化铟(β-InSe)晶体,并对其各向异性晶体结构、光学性质、电学性质和光电性质进行实验研究和理论分析,最终成功获得了基于β-InSe的高性能的偏振敏感光电探测器。该研究以“High performance polarization sensitive photodetectors on two dimensional β-InSe”为题在线发表于National Science Review期刊上,张晗教授为论文的通讯作者。

团队采用温度梯度法成功制备出p型β-InSe单晶,并用机械剥离法制备了二维层状β-InSe样品。利用角分辨拉曼光谱分析二维β-InSe的光学各向异性,揭示了其平面外和平面内振动模式的拉曼峰强度随激发光偏振角度的变化呈现明显的周期性变化的规律。

随后,通过制备基于二维β-InSe的多电极场效应晶体管以确定其各向异性电荷传输特性。并利用理论计算(NEGF-DFT)阐明了β-InSe的各项异性输运特性,即沿zigzag方向电流比沿armchair方向电流大两个数量级。

通过理论计算与实验相结合的方式证明了二维β-InSe中存在较强的偏振敏感光响应特性。基于二维β-InSe的光电探测器的光电流各向异性比可达0.70。此外,通过长时间原位AFM测量和多次重复电性能测试,证实了基于二维β-InSe的光电器件具有良好的环境稳定性和工作稳定性。如上结果表明具有较高各向异性光电响应特性的β-InSe材料将在无滤光片偏振敏感型光电探测器中具有巨大的应用潜力。

本研究获得国家重点研究开发项目、国家自然科学基金、广东省杰出青年基金、广东省教育厅创新团队项目、深圳市科技创新委员会、吉林省教育厅科研基金的资助。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwab098

 
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