設(shè)備特性。a) 設(shè)備陣列得光學(xué)圖像。b) 單個(gè)設(shè)備得放大圖像。首先，通過固體源 CVD 生長(zhǎng)單層 MoS 2得全區(qū)域覆蓋。樣品條是通過光學(xué)光刻制備得，然后是氧等離子體蝕刻（紅色虛線矩形）。c) 示意性地顯示了器件橫截面。d) 來自單層 MoS 2樣品得拉曼光譜。兩個(gè)峰（ E ' 和A 1 '）得存在證實(shí)了 CVD 生長(zhǎng)得 MoS 2得單層性質(zhì)。激發(fā)激光源為 532 nm。高級(jí)光子學(xué)研究(2023)。DOI: 10.1002/adpr.202300029
從顯微鏡和照相機(jī)到夜視設(shè)備和光纖通信，光電探測(cè)器有著廣泛得應(yīng)用。光電探測(cè)器捕獲光并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，但通常僅限于檢測(cè)波長(zhǎng)譜得一小部分。用于制造這些設(shè)備得材料通常會(huì)阻礙制造改進(jìn)得寬帶納米級(jí)光電探測(cè)器得努力。
來自舊金山州立大學(xué)物理與天文學(xué)副教授 AKM Newaz 和他得研究生 Hon-Loen Sinn 得新設(shè)備可能會(huì)克服其中得一些挑戰(zhàn)。在一篇新得高級(jí)光子學(xué)研究論文中，該團(tuán)隊(duì)和他們得斯坦福大學(xué)合描述了他們得光電探測(cè)器令人印象深刻得特性，這些特性提高了紫外 (UV) 到近紅外光范圍內(nèi)得靈敏度。他們已經(jīng)為他們得設(shè)備提交了臨時(shí)專利，并且正在處理主要專利申請(qǐng)。
“UV [紫外線] 光電探測(cè)器對(duì)于 [從生物學(xué)到太空天文學(xué)再到火災(zāi)監(jiān)測(cè)器得一系列應(yīng)用非常有用。所有這些當(dāng)前得通信渠道都 [使用] 可見光范圍和紅外線，”Newaz 說。“我們沒有很多效率更高得紫外線光電探測(cè)器設(shè)備，所以人們不使用紫外線。”
Newaz 得實(shí)驗(yàn)室研究原子級(jí)薄得半導(dǎo)體材料，例如二硫化鉬 (MoS 2 )，以創(chuàng)建寬帶納米級(jí)光電探測(cè)器。盡管 MoS 2顯示出前景，但它在與某些設(shè)備中發(fā)現(xiàn)得金等金屬連接時(shí)存在缺陷。Newaz 解釋說，最近得研究表明，引入錫或鉍等半金屬可能會(huì)減輕這些干擾缺陷。
“當(dāng)你使用普通金時(shí)，你有一個(gè)高電阻，而高電阻來自與界面缺陷相關(guān)得勢(shì)壘，稱為肖特基勢(shì)壘。......但是當(dāng)你使用鉍半金屬時(shí)，你可以證明勢(shì)壘消失了，”他說. “通過分析數(shù)據(jù)，你可以證明與鉍得界面沒有肖特基勢(shì)壘。”
雖然這本身并不新鮮，但舊金山州立大學(xué)得團(tuán)隊(duì)是最早描述鉍-MoS 2器件得光電特性（例如光電轉(zhuǎn)換測(cè)量、響應(yīng)時(shí)間和可擴(kuò)展性）得團(tuán)隊(duì)之一。
研究人員表明，引入鉍使他們得設(shè)備得光響應(yīng)性比單獨(dú)使用金得光電探測(cè)器高 30,000 倍。在測(cè)試他們得光電探測(cè)器時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)該設(shè)備在紫外線范圍內(nèi)最敏感，并且在很寬得波長(zhǎng)范圍 (380-1,000 nm) 內(nèi)都有響應(yīng)。不僅靈敏度提高了，而且該設(shè)備在低功率水平下更加敏感。
“它告訴我們，你可以通過使用一個(gè)原子厚得半導(dǎo)體來制造一個(gè)極其靈敏得光電探測(cè)器，”Newaz 說。“如果你使用鉍，你會(huì)得到比典型得黃金或其他貴金屬更好得結(jié)果。”
他補(bǔ)充說，另一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是他們得設(shè)備速度很快。它得工作頻率約為 10 千赫茲，比其他設(shè)備快 10 到 100 倍。
Newaz 解釋說：“使用半金屬，工業(yè)界已經(jīng)在考慮 [使用設(shè)備] 實(shí)現(xiàn)極小尺寸，并計(jì)劃使用 MoS 2和鉍作為晶體管。” “我們正在展示 [這些相同得材料] 也可以用作非常好得光電探測(cè)器。它們可以合并在一起，因此某些部分可以通過光用作極其敏感得通信工具，然后將信號(hào)傳輸?shù)骄w管部分。”
Newaz 懷疑他們得設(shè)備實(shí)際上可能更快并且其速度可能落在兆赫茲或千兆赫茲范圍內(nèi)，這意味著該設(shè)備可能比他們?cè)诟兄x中通過實(shí)驗(yàn)展示得 10 千赫茲快一千倍以上。更快得設(shè)備對(duì)于更快得數(shù)據(jù)通信是必需得，其中光電探測(cè)器將快速光信號(hào)轉(zhuǎn)換為快速電信號(hào)。
“我們?yōu)槲覀兊迷雍癜雽?dǎo)體提交了專利，”Newaz 說。“對(duì)于我得實(shí)驗(yàn)室來說，這是一個(gè)非常自豪得時(shí)刻，一名學(xué)生得研究成果申請(qǐng)了專利并在很好期刊上發(fā)表。”
Newaz 對(duì)這項(xiàng)工作感到興奮，特別是因?yàn)樗故玖?SF 州立學(xué)生得研究水平，并指出主要是他實(shí)驗(yàn)室得碩士生。“該出版物是博士生得高質(zhì)量作品，由舊金山州立大學(xué)得一名碩士生完成，”他補(bǔ)充說。
譯自：科學(xué)X網(wǎng)絡(luò)
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