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成果介绍
PtSe2作为TMDs的成员具有高的载流子迁移率和0-1.2 eV的层间可调带隙，其凭借独特的电子结构和优异的电学特性，在短波红外光探测方面展现出巨大的潜力。二维 PtSe2 薄膜通常与轻掺杂衬底结合形成 pn 异质结，然而在低温下小管式炉内合成的薄膜晶体质量较差（多晶态），且基于 pn 结构器件的响应速度因弱的界面电场、长的载流子渡越时间和严重的缺陷复合而难以进一步的提升。已报道的 pn PtSe2 2D-3D 异质结构的响应时间和带宽通常分别只有 ~10-100 µs 和 ~10-80 kHz，这极大地限制了其商业价值。近期，闽南师范大学柯少颖教授团队与中国科学院上海技术物理研究所王振研究员、云南大学王茺研究员合作，采用热辅助转换法在大管径石英管式炉内（内径9 cm）成功合成高质量结晶取向单一的PtSe2 薄膜，并首次制备出了基于 PtSe2/n--Si/n+-Si pin结构的宽带高速红外探测器。通过调控样品的放置高度、硒化温度以及载气流量，最终在上温区为350 ℃，下温区为560 ℃，氩气流量为100 sccm，放置高度为16.5 mm的条件下获得了高质量的PtSe2 薄膜。在大管径石英腔体内热场和气场的共同控制下，被载气输运至下温区的Se蒸气浓度较低，有利于硒化过程缓慢进行，并伴随结晶过程中成核量的降低，最终合成具有单一取向的PtSe2薄膜。PtSe2/n--Si/n+-Si pin结构中薄的n-Si 层可以有效减少载流子的渡越时间和缺陷复合，使得器件展现出高达~125 KHz的3 dB频率响应。此外，由于耗尽区存在较高的电场，pin 器件对红外光的响应极佳，pin 异质结构的响应度远远高于 pn 结构，器件也可以在短波红外实现清晰明了的成像应用。该工作将为新型2D-3D集成式红外光电探测器的发展提供指导。
图文导读
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图1. 高质量单一取向PtSe2薄膜的表征。
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图2. PtSe2/n--Si/n+-Si pin器件光电性能测试。
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图3. pin与pn器件光电性能对比。
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图4. pin光电探测器红外成像结果。
文献信息
High-Speed Broadband PtSe2/Si 2D-3D Pin Photodetector with a Lightly n‑Doped Si Interlayer Based on Single-Oriented PtSe2
(ACS Photonics, 2024, Doi.org/10.1021/acsphotonics.4c00450)
文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.4c00450
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