【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，吉林大學(xué)物理學(xué)院高壓與超硬材料全國重點實驗室殷紅教授團隊與大連理工大學(xué)集成電路學(xué)院梁紅偉教授團隊合作在超寬帶隙半導(dǎo)體六方氮化硼(h-BN)偏振探測器研制方面取得重要進展，通過異質(zhì)外延生長工藝克服了通常的熱力學(xué)穩(wěn)定高對稱性c面生長模式，成功制備出大面積m面取向的h-BN外延膜，研制的光電探測器實現(xiàn)了真空紫外(VUV)波段的高敏感性偏振探測功能。該工作為基于h-BN的VUV偏振敏感光電探測器設(shè)計提供了有效策略，同時對基于傳統(tǒng)二維材料的新型集成光電子應(yīng)用具有重要意義。研究成果以“Polarization Sensitive Vacuum-Ultraviolet Photodetectors Based onm-Plane h-BN”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《Advanced Materials》上。
 

　　VUV光探測在空間科學(xué)、輻射監(jiān)測、電子工業(yè)和基礎(chǔ)研究中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，近年來備受矚目。將光的偏振特性引入到VUV檢測中，有利于豐富對探測目標(biāo)屬性的理解并拓寬信號維度，從而拓展其于復(fù)雜場景中的應(yīng)用。因而，開發(fā)具有偏振靈敏的低對稱性晶體結(jié)構(gòu)、VUV選擇性響應(yīng)以及高抗輻照的光敏材料，是推動真空紫外偏振探測技術(shù)突破的關(guān)鍵。
 

　　作為傳統(tǒng)的范德華二維材料，h-BN憑借其近6 eV的超寬帶隙、高帶邊吸收系數(shù)，高介電強度，化學(xué)惰性，優(yōu)異熱穩(wěn)定性以及抗輻照能力等優(yōu)勢，在VUV探測領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，常規(guī)范德華生長模式制備的h-BN晶體在優(yōu)先生長平面通常形成具有三重旋轉(zhuǎn)對稱性的c面表面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致材料偏振敏感性受限。研究團隊通過離子束輔助濺射外延生長技術(shù)，于藍(lán)寶石襯底上成功制備獲得2英寸具有低對稱性m面生長取向的h-BN異質(zhì)外延薄膜。理論計算與實驗表征表明，m面取向h-BN外延膜在晶體結(jié)構(gòu)、電荷密度分布、介電特性、光吸收行為及m面內(nèi)電子躍遷概率等方面均表現(xiàn)出顯著的各向異性，因而賦予了其VUV波段的偏振探測應(yīng)用潛力。其面內(nèi)a軸與c軸方向在VUV波段的各向異性光吸收系數(shù)比理論上可達(dá)一個數(shù)量級，同時實驗上測得室溫下外延膜在兩方向的載流子傳輸效率比高達(dá)24?；诖耍芯繄F隊研制出高性能VUV偏振探測器，其在188 nm偏振光下實現(xiàn)6.2的偏振比，并具有3.4 mA/W的a軸方向偏振響應(yīng)率。
 

圖：m面異質(zhì)外延h-BN原子排列、二向色性及VUV偏振光探測性能
 

　　這項工作基于超寬禁帶半導(dǎo)體將偏振光探測波長擴展到VUV范圍，不僅為發(fā)展h-BN材料于光學(xué)、電子學(xué)和光電子學(xué)應(yīng)用的片上集成提供了機會，還克服了傳統(tǒng)的高對稱二維材料在偏振光探測中的局限性，進而為VUV和其他光譜范圍的高敏感、低噪聲偏振光探測開辟了新的途徑。
 

　　該論文通訊作者為吉林大學(xué)殷紅教授與大連理工大學(xué)梁紅偉教授，第一作者為吉林大學(xué)物理學(xué)院博士研究生陳樂。該項工作得到了國家自然科學(xué)基金、吉林省自然科學(xué)基金、吉林省重點研發(fā)項目等相關(guān)項目的資助，并得到吉林大學(xué)高壓與超硬材料全國重點實驗室、大連市寬禁帶半導(dǎo)體器件集成與系統(tǒng)重點實驗室等平臺的支持，同時也得到了上海同步輻射光源BL03U線站的大力支持。