基于二维/三维范德华异质结的势垒型室温红外探测器研究

为解决红外探测器因异质材料界面失配导致的高暗电流、低灵敏度及大尺寸等问题，研究人员将范德华(vdWs)异质集成技术引入碲镉汞(MCT)红外探测器，开发出石墨烯/SnS2/HgCdTe和石墨烯/MoSe2/HgCdTe两种vdWs势垒结构器件。该器件在室温下实现暗电流密度≈10?2 A cm?2，探测率达3.01×1010 cm Hz1/2 W?1，外量子效率60.9%，为高工作温度(HOT)中波红外探测提供了小型化高灵敏度解决方案。

　　

半导体异质结在光电子领域具有核心地位，但传统异质材料的界面失配会导致载流子传输异常。在红外探测器中，这种失配会引发高暗电流，进而造成灵敏度下降、工作温度受限和器件体积增大。研究者创新性地将范德华力(vdWs)异质集成技术应用于碲镉汞(Mercury Cadmium Telluride, MCT)红外探测器，成功构建两种突破性结构：石墨烯/SnS₂/HgCdTe和石墨烯/MoSe₂/HgCdTe范德华异质结器件。这些器件凭借原子级平整的界面特性，在高温环境下实现了对暗电流的有效抑制，室温暗电流密度低至≈10^?2 A cm^?2。更令人振奋的是，该探测器对中波红外辐射展现出卓越响应性能，室温条件下探测率(D*)达到3.01×10¹⁰ cm Hz^1/2 W^?1，外量子效率(EQE)高达60.9%。这项研究为开发高工作温度(High-Operating-Temperature, HOT)、高灵敏度、小型化红外光电探测器提供了全新范式，标志着光电探测器发展路线上的重大突破。