彭海琳课题组在二维Bi2O2Se超快高敏红外芯片资料
来源:经纪人网 发表于2019-07-07 06:12:53 编辑:钱钟书
摘要: 在曩昔的一个世纪中,红外光勘探已经成为人们观测天然的一个重要手法,而根据红外勘探的使用业已深化到人们日子的各个方面,比方安全监控、动作检

  在曩昔的一个世纪中,红外光勘探已经成为人们观测天然的一个重要手法,而根据红外勘探的使用业已深化到人们日子的各个方面,比方安全监控、动作检测、红外夜视等。在波长规模为0.7 微米~1毫米红外光中,1~1.8微米波段的短波红外光因其一起使用而分外引人重视。在历史上,光电勘探开展的首要推动力是新式光电资料的发现以及加工工艺的改善。经过一个世纪的尽力,人们发现在红外光谱中具有高量子功率和可调带隙的不同块体资料包含:III-V和II-VI化合物中的HgCdTe,InGaAs,InSb,GaAs / AlGaAs量子阱和InAs / GaSb超晶格。而这些资料的高质量薄膜难以制备及后续微纳加工,故将这些资料制备成高分辨率红外成像设备将使其本钱急剧上升。所以,现在红外勘探芯片的一个重要开展趋势是将红外传感资料与廉价老练的硅基芯片读出电路的结合,然后完成更高的像素、更高的帧速率和更杂乱的信号处理功用。而最近二维资料的鼓起为这种红外勘探器开展趋势供给杰出的关键。二维资料具有一起的超薄平面结构和优异的机械功能及柔性,这使得二维材便于加工成焦平面阵列并有可能与硅基芯片读出电路兼容。

  灵敏度和呼应时刻是红外勘探器的两个中心目标,而面向实践使用要求沟道资料一起具有杰出的空气安稳性。可是,现在已报导的根据二维资料的红外勘探器均不能一起满意上述条件。例如,石墨烯显现出高速光电呼应,可是其灵敏度较低,典型值小于几十毫安每瓦。传统的过渡金属二硫化物(TMD)一般具有太大的带隙,然后失去了检测红外光的才能。黑磷有不错的红外勘探才能,但其化学不安稳性与大规模制作工艺不兼容。因而,人们仍然在寻觅可用于高灵敏度和快速红外检测的二维层状资料。

  在曩昔两年多里,北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授课题组和合作者初次发现一类一起具有超高电子迁移率、适宜带隙、环境安稳和可批量制备特色的全新二维半导体芯片资料(硒氧化铋,Bi2O2Se),在场效应晶体管器材、量子输运和可见光勘探方面展现出优异功能(Nature Nanotech. 2019,12,530; Nano Lett. 2019, 17, 3021; Adv. Mater. 2019,29, 1704060)。

  最近,他们与合作者发现由Bi2O2Se制备成的原型光电勘探器材具有很宽的光谱呼应(从可见光到1700 nm短波红外区),并一起具有很高的灵敏度(在近红外二区1200nm处灵敏度高达~65A/W)。 而使用飞秒激光器组成的超快光电流动态扫描显现Bi2O2Se光电勘探用具有约1皮秒(10-12秒)的本征超快光电流呼应时刻。加之,该化合物由替换堆叠的Bi2O2和Se层组成,晶体中氧的存在,使其在空气中具有极佳的安稳性,彻底可露出于空气中寄存数月且坚持安稳。

  他们还展现了使用单一Bi2O2Se光电勘探器,经过在成像平面上扫描,完成了室温下高分辨率红外成像。因为其二维资料特点,这种光电勘探器可制备在柔性基底上,并在1%应力规模内坚持正常作业。别的,他们展现出多个Bi2O2Se光电勘探器阵列可协同成像,然后具有多像素扫描成像的潜力。因为Bi2O2Se具有与硅基读出电路集成的潜力,而且制备工艺简略,具有大规模出产的可能性,其为高灵敏度、高速度、低本钱、可室温作业的柔性红外光电勘探和成像拓荒了新途径。

  

  超快高敏二维Bi2O2Se红外勘探器芯片资料示意图及其近红外成像展现

  该研究成果以“ultrafast and highly sensitive infrared photodetectors based on two-dimensional oxyselenide crystals”为题发表于2019年8月17日的《天然-通讯》(Nature Communications)(DOI: 10.1038/s41467-018-05874-2)上。彭海琳教授和北京大学物理学院刘开辉研究员为该作业的一起通讯作者。文章的并排作者为尹建波博士、谈振军、洪浩及吴金雄博士。 该作业得到了来自科技部和国家天然科学基金委等项目的赞助。

  修改:白杨

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