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宽带光探测对多领域意义重大，传统光探测器有局限。研究人员生长 vdW 材料 Te 与 GaN 的外延混合异质结，实现 200 - 2500nm 宽带突触光响应。该成果为光电器件和神经形态计算发展提供新方向。
在如今科技飞速发展的时代，光探测技术在众多领域都扮演着极为重要的角色。从环境监测，及时发现大气、水质等方面的细微变化；到光学通信，保障信息高速稳定地传输；再到光电子突触，模拟人类神经的信号传递，推动人工智能的发展，光探测的身影无处不在。然而，传统的光探测器就像一个个 “偏科生”，它们大多是为特定的光谱范围而优化设计的。在实际应用场景中，当需要同时检测从紫外线到红外线等宽光谱范围的光信号时，传统光探测器就显得力不从心了，这大大限制了它们的使用范围和效果，成为了光探测领域进一步发展的 “绊脚石”。
为了攻克这一难题，来自国内的研究人员勇挑重担，开展了一项极具创新性的研究。他们巧妙地将范德华（vdW）材料碲（Te）生长在 III - V 族半导体氮化镓（GaN）上，构建出一种外延混合异质结，其中还包含一个功能性的带电平面 Te 中间层。这项研究成果发表在《Applied Surface Science》上，为光探测领域带来了新的曙光。
研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。在材料制备方面，采用物理气相沉积（PVD）技术，在超高真空（UHV）环境下，将 Te 薄膜（约 74nm）外延生长在 p 型掺杂的 GaN (0001) 衬底上。在器件制作环节，利用荫罩辅助电极沉积技术来制备器件。同时，基于密度泛函理论（DFT）进行第一性原理计算，深入探究异质结的界面结构和电子特性。
下面来详细看看研究结果。
外延生长 vdW Te 在 3D GaN (0001) 极性衬底上：研究人员利用 PVD 在真空环境中，将 Te 粉末直接蒸发并沉积到 p - GaN (0001) 衬底表面，实现了 Te 薄膜的外延生长。这种方法避免了样品转移过程中的氧化和杂质吸附，保证了制备出高质量的异质结构。
光电器件性能测试：通过光电子传输测量发现，该 Te/GaN 光探测器在自驱动模式下，展现出了从 200nm 到 2500nm 的宽带光响应。在紫外线（UV）区域，其响应时间约为 100ms；对于红外线（IR）和可见光（VIS），响应时间可达 600ms。这一性能表明该器件在神经形态计算和脑机接口（BMI）等领域具有潜在的应用价值。
理论计算分析：第一性原理计算揭示，界面处的二维电子气（2DEG）在光照下会重新分布，进而改变界面电场，使得电荷载流子在界面势阱中积累，这一过程有效地促进了光探测器的运行。
综合研究结论和讨论部分，此次研究成功制备出 vdW 窄带隙 Te 与 3D 宽带隙 GaN 的混合异质结，该异质结在超高真空环境下生长，保证了界面的超清洁和平整。Te/GaN 光探测器在自驱动条件下实现了稳定的宽带光响应，这不仅为宽带光探测技术提供了新的策略，也为光电器件的发展指明了新方向。通过深入研究异质结界面的物理机制，为后续开发低成本、高性能、多功能的光探测器提供了理论依据，在光电子学和神经形态计算等领域具有重要的应用前景，有望推动相关领域的技术革新和产业发展。
