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應用

APPLICATION

黑磷/鍺異質結器件帶有偏振光敏感性的高效能光探測器

導言
黑磷/鍺異質結光二極管具有獨特的光電性質。鍺的摻雜種類對二極管整流方向可形成影響。加之其自身具有光電效應，和對光的偏振的敏感性，使黑磷和鍺異質結器件在多功能高效能光探測器領域有極高的潛質。
分享一篇來自西安電子科技大學王利明課題組的新研究成果，希望對您的科學研究或工業生產帶來一些靈感和啟發。
正文
二維和三維半導體的異質結構在高效能光探測器方面有很大的潛能。西安電子科技大學王利明團隊探索了黑磷/鍺異質結光二極管的光電性質，研究發現鍺的摻雜種類可以扭轉黑磷和鍺異質結二極管中所形成的整流方向。黑磷/n型鍺的器件有顯著的光電效應，其*大開路電壓為0.34V，而這可使其成為自供能的光探測器。加之黑磷/鍺異質結的器件對光的偏振的敏感性，黑磷/鍺異質結器件在多功能高效光探測器領域展現出了極高的潛質。
 
圖1. 黑磷/鍺異質結光探測器的(a)結構示意圖和(b)顯微圖像，比例尺：20微米。(c)用原子力顯微鏡測量的黑磷和六方氮化硼的膜厚度。(d)黑磷/鍺異質結的拉曼光譜。

圖2. (a)黑磷-n型鍺和(b)黑磷-p型鍺在不同輻照條件下的I-V曲線。在(c)532納米和(d)1550納米光輻照下的Isc和Voc關系圖。


圖3. (a)黑磷/鍺器件的噪音譜。(b)在532納米和(c)1550納米光照下黑磷/鍺異質結器件的響應度和探測率。(d)黑磷/鍺異質結器件在Vd=0V下的響應度。

圖4. (a)黑磷/鍺和(b)黑磷/鍺異質結在光照下的能帶圖。(c)黑磷/鍺和(d)黑磷/鍺異質結在532納米激光照射下的二維光電流圖，激光尺寸約為2微米，Vd=0V。


光電流二維掃描對于研究光電流的起源來說十分重要，圖4中的二維掃描使用卓立漢光公司DSR500系統完成。掃描結果表明在黑磷和鍺重疊的位置有很強的光響應，說明其帶有內置電場。值得注意的是，在黑磷和金的重疊部分未發現光電流，說明黑磷和金形成了低能壘的接觸。
 

圖5. 在(a)532納米和(b)1550納米光照下，黑磷/鍺異質結的I-t圖像。(c)黑磷/鍺異質結在Vd=0V和1550納米光照射下的I-t圖像。(d)在1550納米光照射下[(Imax − Imin)/Imax]和轉化頻率的關系圖。
 

圖6. (a)黑磷的晶體結構。(b)黑磷/鍺和(c)黑磷/鍺異質結在1550納米光照射下光電流與光的偏振角之間的關系。
 

總結、
本文展示了黑磷/鍺異質結光二極管的光電性質。鍺的摻雜種類可以扭轉黑磷和鍺異質結二極管中所形成的整流方向。另外，黑磷/n型鍺的器件有顯著的光電效應，其*大開路電壓為0.34V，而這可使其成為自供能的光探測器。黑磷/鍺和黑磷/鍺異質結的器件對光的偏振也均是敏感的。綜上所述，黑磷和鍺異質結器件在多功能高效能光探測器領域可能會有極高的潛質。

西安電子科技大學王利明老師簡介
王利明，副教授，獲復旦大學理學博士學位。從2012年開始長期從事硅基半導體材料、光電子器件及新型多功能芯片應用研究?，F為西安電子科技大學微電子學院碩士生導師。以第一作者或通訊作者在Advanced Functional Materials、ACS Nano、Nano Research等國際期刊發表論文30余篇，主持及參與科技部重點研發計劃、自然基金重點項目、國防預研項目等省部級以上項目十余項，授權國際、國家發明十余項。獲選陜西省科技協會青年人才托舉計劃。

文章信息
本文以“High-Performance Photodetectors with Polarization Sensitivity Based on p-n and p-p+
Black Phosphorus/Germanium Heterojunctions”為題發表在IEEE Transactions on Electron Devices上，西安電子科技大學王利明教授為通訊作者。

 

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本研究采用的是北京卓立漢光儀器有限公司DSR500-LBIC微納光電流成像測試系統，如需了解該產品，歡迎咨詢。

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