基于1T′-MoTe2/MoSe2范德华肖特基结的自驱动偏振光电探测器及其成像应用研究

针对传统偏振探测器体积大、依赖外置偏振片的问题，本研究通过构建1T′-MoTe2/MoSe2范德华肖特基结，实现了偏振比（PR）高达15.48的自驱动偏振光电探测，响应速度达362/480 μs，并成功应用于90%准确率的数字图像识别，为紧凑型高性能偏振探测技术提供了新方案。

　　

近年来，高性能偏振光电探测系统在成像和遥感等领域的需求日益增长，因其能够提供比传统探测器更丰富的偏振信息。然而，传统偏振探测器通常体积庞大且依赖外部偏振片，导致设计复杂、体积重量增加，严重制约了其实际应用和商业化进程。二维层状材料的出现为高性能偏振探测带来了新机遇。黑磷（BP）、碲（Te）、二硫化铼（ReS₂）、砷化锗（GeAs）等材料因其低对称性晶体结构而表现出偏振依赖的电荷传输和光学响应。但单一二维各向异性材料往往存在暗电流大、偏振比（PR）低（通常低于3）等问题，限制了其实际应用。因此，构建具有高灵敏度、快速响应和高偏振比的偏振光电探测器成为研究热点。

范德华异质结技术通过堆叠各向异性二维材料形成无悬键的界面结构，无需晶格匹配即可构建多样化异质结，从而扩展探测范围并提升光电性能。将二维半金属与半导体堆叠形成范德华肖特基结是降低暗电流的有效策略，已有研究基于此开发出高性能光电探测器。例如，Wu等人通过构建MoTe₂/WS₂异质结实现了偏振比5的偏振探测器。然而，兼具高偏振比、快速响应的自驱动偏振探测研究仍较为缺乏。

本研究报道了一种基于半金属1T′-MoTe₂和半导体MoSe₂的范德华光伏探测器，用于偏振光电探测。该器件表现出高效的偏振探测能力，偏振比高达15.48，这归因于1T′-MoTe₂的面内各向异性结构。器件具有优异的自驱动工作特性，展示出从可见光到近红外的宽光谱探测能力，上升/下降时间分别为362 μs和480 μs。在实际演示中，该器件成功实现了高分辨率成像和数字识别，使用卷积神经网络（CNN）的准确率达到90%。光电探测器通过偏压调节响应的能力进一步增强了其多功能性，使其成为未来成像和传感技术的优秀候选者。

研究人员采用多项关键技术开展研究：通过机械剥离法从块体晶体获得多层1T′-MoTe₂和MoSe₂纳米片；使用PVA/PDMS辅助干法转移技术构建异质结；采用紫外光刻和电子束蒸发技术制备Au电极；利用拉曼光谱、原子力显微镜（AFM）和光致发光（PL）光谱进行材料表征；通过电学传输和光电测试系统测量器件性能；搭建成像测量系统进行偏振成像实验；采用卷积神经网络进行图像识别分析。

表征与性能研究

通过能带结构计算和光谱表征证实了1T′-MoTe₂的半金属特性和MoSe₂的间接带隙特征。拉曼映射显示异质结重叠区域出现"拉曼淬灭"现象，表明两层材料之间存在强耦合。PL光谱显示异质结区域发光强度显著降低，证明光生载流子在界面发生转移。AFM测量显示MoSe₂和1T′-MoTe₂的厚度分别为46 nm和66 nm。

光电特性分析

器件表现出明显的整流特性，整流比达150。在405 nm光照下，光电响应随光功率密度增加而增强，最大电功率达到80 pW。自驱动模式下器件表现出稳定的光响应，栅极电压可调节光电响应。器件的响应度（R）、外量子效率（EQE）、比探测率（D）和响应速度等关键指标均表现优异，在405 nm波长下EQE最高达40.18%，D达1.15×10¹¹ Jones，上升/下降时间为362/480 μs。

偏振探测能力

基于1T′-MoTe₂的各向异性特性，器件表现出优异的偏振敏感特性。在635 nm和405 nm波长下，偏振比分别达到15.48和9.75。角度分辨偏振拉曼测试证实了材料的本征光学各向异性行为。光电电流随偏振角度变化呈现周期性变化，最小值出现在0°（或180°）对应1T′-MoTe₂的锯齿形（ZZ）方向。

成像与识别应用

器件在638 nm光照下能够产生清晰的高对比度"1"图案图像。通过卷积神经网络进行数字识别，在经过8次训练后识别准确率达到90%。在不同偏压条件下（-1V、0V、1V），器件表现出差异化的成像能力，其中0V和1V偏压条件下图像更清晰。器件在365 nm和880 nm激光下也能获得清晰图像，展示出多光谱成像能力。

研究结论表明，基于1T′-MoTe₂/MoSe₂范德华肖特基结的光电探测器因其光伏和偏振敏感特性，具有开发多功能光电探测器的潜力。器件的高偏振比、快速响应、宽光谱探测和自驱动特性，使其在偏振成像、数字识别和多光谱探测等领域具有重要应用价值。这项研究为下一代基于二维材料的多波段成像系统、宽带数字识别系统甚至生物图像检测系统的发展开辟了新视角。