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北京大学在二维Bi2O2Se超快高敏红外芯片材料上获重要进展2020-08-09 23:21

北京大学在二维Bi2O2Se超快高敏红外芯片材料上获重要进展

在过去的一个世纪中,红外光观测早已沦为人们观测大自然的一个最重要手段,而基于红外观测的应用于至此了解到人们生活的各个方面,比如安全监控、动作检测、红外夜视等。在波长范围为0.7微米~1毫米红外光中,1~1.8微米波段的短波红外光因其独有应用于而十分引人关注。在历史上,光电观测发展的主要推动力是新型光电材料的找到以及加工工艺的改良。经过一个世纪的希望,人们找到在红外光谱中具备低量子效率和固定式带隙的有所不同块体材料还包括:III-V和II-VI化合物中的HgCdTe、InGaAs、InSb、GaAs/AlGaAs量子阱和InAs/GaSb超强晶格。而这些材料的高质量薄膜无法制取及先前微纳加工,故将这些材料制取成高分辨率红外光学设备将使其成本急遽下降。所以,目前红外观测芯片的一个最重要发展趋势是将红外传感材料与廉价成熟期的硅基芯片朗读电路的融合,进而构建更高的像素、更高的帧速率和更加简单的信号处理功能。而最近二维材料的蓬勃发展为这种红外探测器发展趋势获取较好的契机。二维材料具备独有的超薄平面结构和出色的机械性能及柔性,这使得二维材便于加工成焦平面阵列并有可能与硅基芯片朗读电路相容。

北京大学在二维Bi2O2Se超快高敏红外芯片材料上获重要进展

灵敏度和响应时间是红外探测器的两个核心指标,而面向实际应用于拒绝闸极材料同时具备较好的空气稳定性。然而,目前已报导的基于二维材料的红外探测器皆无法同时符合上述条件。例如,石墨烯表明出有高速光电号召,但是其灵敏度较低,典型值大于几十毫安每瓦。传统的过渡性金属二硫化物(TMD)一般来说具备过于大的带隙,从而丧失了检测红外光的能力。黑磷有不俗的红外观测能力,但其化学不稳定性与大规模生产工艺不相容。因此,人们依然在找寻可用作高灵敏度和较慢红外检测的二维层状材料。在过去两年多里,北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授课题组和合作者首次找到一类同时具备超高电子迁移率、适合带上隙、环境平稳和可批量制取特点的全新二维半导体芯片材料(硒水解铋,Bi2O2Se),到场效应晶体管器件、量子输送和红外线观测方面展现出色性能。