用户速递|黑磷/锗异质结器件带有偏振光敏感性的高效能光探测器

黑磷/锗异质结光二极管具有独特的光电性质。锗的掺杂种类对二极管整流方向可形成影响。加之其自身具有光电效应，和对光的偏振的敏感性，使黑磷和锗异质结器件在多功能高效能光探测器领域有极高的潜质。

今天小编为大家分享一篇来自西安电子科技大学王利明课题组的新研究成果，希望对您的科学研究或工业生产带来一些灵感和启发。

二维和三维半导体的异质结构在高效能光探测器方面有很大的潜能。西安电子科技大学王利明团队探索了黑磷/锗异质结光二极管的光电性质，研究发现锗的掺杂种类可以扭转黑磷和锗异质结二极管中所形成的整流方向。黑磷/n型锗的器件有显著的光电效应，其最 大开路电压为0.34V，而这可使其成为自供能的光探测器。加之黑磷/锗异质结的器件对光的偏振的敏感性，黑磷/锗异质结器件在多功能高效光探测器领域展现出了极高的潜质。

图1. 黑磷/锗异质结光探测器的(a)结构示意图和(b)显微图像，比例尺：20微米。(c)用原子力显微镜测量的黑磷和六方氮化硼的膜厚度。(d)黑磷/锗异质结的拉曼光谱。

图2. (a)黑磷-n型锗和(b)黑磷-p型锗在不同辐照条件下的I-V曲线。在(c)532纳米和(d)1550纳米光辐照下的Isc和Voc关系图。

图3. (a)黑磷/锗器件的噪音谱。(b)在532纳米和(c)1550纳米光照下黑磷/锗异质结器件的响应度和探测率。(d)黑磷/锗异质结器件在Vd=0V下的响应度。

图4. (a)黑磷/锗和(b)黑磷/锗异质结在光照下的能带图。(c)黑磷/锗和(d)黑磷/锗异质结在532纳米激光照射下的二维光电流图，激光尺寸约为2微米，Vd=0V。

光电流二维扫描对于研究光电流的起源来说十分重要，图4中的二维扫描使用卓立汉光公司DSR500系统完成。扫描结果表明在黑磷和锗重叠的位置有很强的光响应，说明其带有内置电场。值得注意的是，在黑磷和金的重叠部分未发现光电流，说明黑磷和金形成了低能垒的接触。

图5. 在(a)532纳米和(b)1550纳米光照下，黑磷/锗异质结的I-t图像。(c)黑磷/锗异质结在Vd=0V和1550纳米光照射下的I-t图像。(d)在1550纳米光照射下[(Imax − Imin)/Imax]和转化频率的关系图。

图6. (a)黑磷的晶体结构。(b)黑磷/锗和(c)黑磷/锗异质结在1550纳米光照射下光电流与光的偏振角之间的关系。

总结

本文展示了黑磷/锗异质结光二极管的光电性质。锗的掺杂种类可以扭转黑磷和锗异质结二极管中所形成的整流方向。另外，黑磷/n型锗的器件有显著的光电效应，其最 大开路电压为0.34V，而这可使其成为自供能的光探测器。黑磷/锗和黑磷/锗异质结的器件对光的偏振也均是敏感的。综上所述，黑磷和锗异质结器件在多功能高效能光探测器领域可能会有极高的潜质。

西安电子科技大学王利明老师简介

王利明，副教授，获复旦大学理学博士学位。从2012年开始长期从事硅基半导体材料、光电子器件及新型多功能芯片应用研究。现为西安电子科技大学微电子学院硕士生导师。以第 一作者或通讯作者在Advanced Functional Materials、ACS Nano、Nano Research等国际期刊发表论文30余篇，主持及参与科技部重 点研发计划、自然基金重 点项目、国防预研项目等省部级以上项目十余项，授权国际、国家发明十余项。获选陕西省科技协会青年人才托举计划。

文章信息

本文以“High-Performance Photodetectors with Polarization Sensitivity Based on p-n and p-p+ Black Phosphorus/Germanium Heterojunctions”为题发表在IEEE Transactions on Electron Devices上，西安电子科技大学王利明教授为通讯作者。

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