Højtydende polarisationsfølsomme fotodetektorer på 2D-halvleder

Polarisationsfølsomme fotodetektorer (PSPD'er) har betydelige anvendelser i både militære og civile områder. Imidlertid, de nuværende kommercielle PSPD'er kræver hjælp af optiske enheder såsom polarisatorer og faseretardere for at opfange lysets polarisationsinformation. Det er stadig en besværlig opgave at realisere filterfrie PSPD'er. Forskere fra Kina og Sydkorea forbereder det stabile lagdelte β-InSe og opnår højtydende filterfri PSPD'er med højt fotostrøm anisotropisk forhold på 0,70.

For at udtrække polarisationsinformationen af ​​indfaldende lys, polarisationsfølsomme fotodetektorer (PSPD'er) har betydelige praktiske anvendelser i både militære og civile områder, som bio-imaging, fjernmåling, nattesyn, og hjelmmonterede sigter til jagerpiloter. Optiske filtre kombineret med polarisatorer er normalt nødvendige for traditionelle fotodetektorer til at realisere polariseret lysdetektion. Men dette vil øge størrelsen og kompleksiteten af ​​enheder.

For at opnå en lille PSPD, endimensionelle (1D) nanomaterialer med geometrisk anisotropi, såsom nanotråde, nanobånd og nanorør, er blevet brugt som følsomme materialer til PSPD'er, som direkte kan identificere polarisationsinformationen af ​​indfaldende lys uden nogen optiske filtre og polarisatorer. Imidlertid, det er ikke en let opgave at mønstre og integrere disse 1D nanokanaler til masseproduktion af PSPD'er.

Atomisk lagdelte todimensionelle (2D) halvledere med lav krystalsymmetri har et stort potentiale i mikro-nano PSPD'er for nylig på grund af deres iboende anisotrope egenskaber i planet. For eksempel, SnS, ReS ₂ , GeS ₂ , GeAs ₂ , AsP og sort fosfor (BP) udviser en indlysende anisotropi-adfærd i planet i bærertransport, varmeledningsevne, elektrisk ledningsevne, termoelektriske transport- og optiske absorptionsprocesser. De har potentielle anvendelser i polarisationsfølsomme fotodetektorer, polarisering ultrahurtige lasere, polariseringsfelteffekttransistorer og polarisationssensorer. Blandt dem, BP-baserede PSPD'er har det højeste fotostrømanisotropiforhold på 0,59, drager fordel af dens høje bærermobilitet og den stærke anisotropi i planet, der kommer fra den rynkede honeycomb-krystalstruktur med lav symmetri.

Men BP-baserede optoelektroniske enheder har et vanskeligt problem med nedbrydning af omgivelserne. 2D lagdelt indiumselenid (InSe), som også har høj transportørmobilitet og er mere stabil end BP i atmosfæriske omgivelser, har potentielle anvendelser i højtydende optoelektroniske og elektroniske enheder. Ud over, de anisotrope optiske og elektroniske egenskaber af 2D lagdelt InSe blev demonstreret i 2019. Navnlig, InSe krystal har tre specifikke polytyper, som er i β, γ, og ε faser, henholdsvis. Blandt dem, InSe i γ-fase og ε-fase hører til symmetrigrupper. Kun InSe i β-fase (β-InSe) tilhører den ikke-symmetriske punktgruppe, hvilket indikerer, at β-InSe udviser bedre anisotrope optoelektroniske egenskaber end de to andre polytyper.

For at opnå højtydende PSPD'er med god stabilitet, det avancerede optoelektroniske udstyrs forskerhold ledet af professor Han Zhang fra Shenzhen University forbereder den stabile p-type 2D lagdelte β-InSe via temperaturgradientmetoden. Den anisotrope natur af β-InSe blev afsløret af vinkelopløst Raman. Intensiteten af ​​ud-af-planet og in-planet vibrationstilstande udviser udtalte periodiske variationer med polarisationsvinklen af ​​excitationerne. Derudover den gode stabilitet af β-InSe flager og deres FET-enheder blev bevist ved langtids AFM-måling og multi-repeat elektrisk ydeevnetest.

De eksperimentelle resultater er i god overensstemmelse med de teoretiske beregninger om, at der er stærk anisotrop transport og polarisationsfølsom fotorespons i 2D-lags β-InSe flager. Det fotostrøm anisotrope forhold for β-InSe fotodetektoren når 0,70, som rangerer højt blandt de enkelte 2D-materialebaserede PSPD'er. Den stærke anisotrope Raman, transport- og fotoresponsegenskaber af β-InSe har potentielle anvendelser i filterfrie polarisationsfølsomme fotodetektorer.