基于FTO/Sb2S3/Sb2Se3背对背异质结的波长选择性双极性光电探测器及其在光学信息加密中的应用

《Advanced Optical Materials》：Wavelength-Selective Bipolar Photodetector Based on FTO/Sb2S3/Sb2Se3 Heterostructure for Secure Optical Information Processing

本研究针对光学信息处理中对波长选择性响应的迫切需求，报道了一种基于FTO/Sb2S3/Sb2Se3背对背异质结的双极性光电探测器。该器件在零偏压下可实现本征的波长依赖性极性切换（λ < 775 nm为负光电流，λ > 775 nm为正光电流），并通过外偏压动态调控光谱选择性。其具备微秒级响应速度（940 nm处上升/衰减时间为68/178 μs）、1800秒操作稳定性及700 nm处58.4 nA mW?1的峰值响应度，成功实现了对460 nm编码“熊猫”图像的有效解密（被940 nm“猫”图像干扰），突破了传统单极性探测器无法区分电流方向的局限，为安全光通信提供了创新解决方案。

　　

随着先进光学信息处理需求的日益增长，迫切需要能够实现波长选择性响应的光电探测器（Photodetector）。本研究报道了一种基于FTO（氟掺杂氧化锡）/Sb₂S₃（三硫化二锑）/Sb₂Se₃（三硒化二锑）背对背（back-to-back）异质结（Heterostructure）的双极性（bipolar）光电探测器。在零偏压（zero bias）条件下，该器件展现出独特的内在波长依赖性极性切换（polarity switching）特性：当入射光波长（λ）小于775纳米时，产生负光电流（negative photocurrent）；而当波长大于775纳米时，则产生正光电流（positive photocurrent）。通过施加外部偏压，可以动态调制其光谱选择性（spectral selectivity）：例如，施加+113毫伏的正向偏压（forward bias）会增强器件在940纳米波长处的响应，同时抑制其在660纳米处的响应；反之，施加-80毫伏的反向偏压（reverse bias）则会产生相反的效果。

该器件的关键性能指标包括微秒量级（microsecond-scale）的快速响应速度（例如在940纳米光照下，上升时间（rise time）和衰减时间（decay time）分别为68微秒和178微秒），超过1800秒的持续工作稳定性，以及在700纳米波长处达到的58.4 nA mW^?1的峰值响应度（peak responsivity）。基于这些特性，该器件成功演示了一项关键应用：从被干扰信号（一个940纳米波长编码的“猫”图像）掩盖的有效光学信号（一个460纳米波长编码的“熊猫”图像）中解密出有效信息。这项任务是传统单极性（unipolar）探测器无法完成的，因为它们会导致信号叠加（superposition）且无法辨别电流方向（current direction）。该技术平台集自供电操作（self-powered operation）、主动光谱调谐（active spectral tuning）、宽带响应（broadband response）和简易制备（straightforward fabrication）等优势于一身，为先进光电子（optoelectronic）应用展现了广阔前景。