基于Sb掺杂Bi2Te3 p-n同质结的高性能自驱动紫外-近红外宽带光电探测器

为解决宽带光电探测中材料带隙限制、暗电流高及p-n同质结构建难题，哈尔滨工业大学团队通过化学气相沉积（CVD）合成Sb掺杂p型Bi2Te3，与n型材料构建同质结，实现367-1550 nm宽带自驱动探测，响应度达802.9 A/W，探测率3.84×1013 Jones，为下一代光电器件集成提供新策略。

　　

在光电子技术飞速发展的今天，紫外到近红外的宽带光电探测在遥感、通信和成像等领域具有重大需求。然而，传统探测器受限于材料的固定带隙，难以覆盖全光谱范围，且普遍存在暗电流高、光子吸收效率低等问题。二维材料虽展现出独特优势，但石墨烯无带隙、过渡金属硫化物(TMDs)响应范围窄等缺陷制约了其应用。Bi₂Te₃作为拓扑绝缘体材料，具有可调带隙(0.15–1.36 eV)和高载流子迁移率，但其天然n型特性导致p-n同质结构建困难，成为高性能宽带探测器开发的瓶颈。

哈尔滨工业大学的研究团队通过化学气相沉积(CVD)成功合成Sb掺杂的p型Bi₂Te₃薄片，与n型材料构建同质结，实现了从紫外(367 nm)到近红外(1550 nm)的高性能自驱动光电探测。该成果发表于《Materials Today Physics》，为解决宽带探测的集成化难题提供了新思路。

研究采用化学气相沉积(CVD)合成Sb掺杂Bi₂Te₃薄片，通过能量色散X射线光谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)确认Sb掺杂；利用霍尔效应测试和场效应晶体管(FET)表征电学性能；通过化学蚀刻辅助转移法构建p-n同质结，并测试其光电响应特性。

Sb掺杂Bi₂Te₃薄片的合成与表征
CVD合成的Sb掺杂Bi₂Te₃薄片呈现三角形或六边形形貌，厚度为5-20 nm。霍尔测试显示其空穴迁移率达1.6 cm² V^?1 s^?1，证实p型导电特性。

Bi₂Te₃ p-n同质结的光电性能
同质结表现出显著整流特性（整流比10³）和极低暗电流(~10^-14 A)。在520 nm光照下，功率转换效率达4.65%，响应度802.9 A/W。自驱动模式下，探测率在520 nm和1550 nm分别达3.84×10¹³ Jones和8.82×10¹¹ Jones。

结论与意义
该研究首次实现Sb掺杂p型Bi₂Te₃的可控制备，其同质结的宽带探测性能超越多数二维材料异质结。连续能带结构和高质量界面使光生载流子分离效率显著提升，为低功耗、高集成度光电器件开发奠定基础。团队提出的掺杂策略对拓扑绝缘体材料的能带工程具有普适性指导价值。