日盲紫外(SBUV)探測器是地球上工作在SBUV光譜范圍(200-280nm)的光電探測器在沒有背景輻射的情況下具有高信噪比,在導彈羽流跟蹤、火焰探測、導彈預警和安全光通信方面具有重要運用價值。紫外波段是指光譜的波長范圍為10至400nm,占太陽光譜的10%。由于大氣的吸收,太陽光中波長低于280nm的UV輻射無法到達已被臭氧層完全吸收的地球表面,稱為日盲紫外。當前日盲紫外探測器存在主要問題:光響應率比較低、響應速度慢、比探測率有限、光譜響應范圍窄等問題。近年,許多研究組致力于提升日盲紫外探測器的靈敏度和響應速度。
信息材料與智能感知安徽省實驗室龍明生教授、單磊教授與中國科學院上海技術(shù)物理研究所王芳博士后開發(fā)基于FePSe3的SBUV光電探測器。FePSe3是一種p型二維半導體,間接能量為1.3eV,對應于近紅外范圍。基于FePSe3薄片的可見光到短波紅外(SWIR)寬帶光電探測已被證明。本研究工作設(shè)計金屬電極增強FePSe3/MoS2異質(zhì)結(jié)探測器,工作范圍覆蓋從SBUV到長波紅外LWIR(0.265-10.6µm)。在SBUV范圍內(nèi)展示了高達33600AW-1的高光響應率,~7.1×10-17WHz-1/2的極低等效噪聲功率(NEP)和1.51×1013cmHz1/2W-1的高比探測率D*。與最先進的SBUV光電探測器相比,該范圍內(nèi)的性能非常出色。值得注意的是,該器件還具有出色的室溫中波紅外MWIR(3-5µm)和LWIR探測能力。MWIR區(qū)域的D*為6.01×108cmHz1/2W-1,LWIR10.6µm的D*為4.92×108cmHz1/2W-1。這項工作為設(shè)計高性能SBUV光電探測器和寬光譜光響應應用開辟了一條新途徑。
圖.FePSe3/MoS2異質(zhì)結(jié)器件結(jié)構(gòu)及性能對比
該研究工作以“UltrasensitiveSolar-blindUltravioletPhotodetectorBasedonFePSe3/MoS2HeterostructureResponseto10.6µm”為題發(fā)表在材料科學頂級期刊Adv.Funct.Mater.(DOI:10.1002/adfm.202204230),龍明生教授為第一作者兼通訊作者,單磊教授、王芳博士為共同通訊作者,安徽大學信息材料與智能感知安徽省實驗室為第一單位。該工作得到了國家自然科學基金面上項目61975224,62004207,12074002,安徽省高校協(xié)同創(chuàng)新項目GXXT-2020-050,安徽省自然科學基金2008085MF206,安徽省2020年領(lǐng)軍人才團隊項目的支持。