科学家制造黑色砷可见红外光电探测器

近年来，二维（2D）层状晶体的特殊结构和迷人的电学和光学性质引起了人们的广泛关注。这种晶体的例子包括石墨烯、黑磷（BP）和过渡金属二硫属化物（TMDs）

凭借其原子厚度、高载流子迁移率和可调带隙，这些材料在各种应用中具有巨大的前景，并继续引起科学界的极大兴趣。石墨烯是一种由紧密堆积的碳原子通过sp2杂化连接形成单层二维蜂窝晶格的晶体结构，其电子迁移率高达2&倍；105 cm2&中点；V&减号；1·；s&minus；1.

然而，石墨烯的短寿命光生载流子归因于其零带隙和极低的光吸收（2.3%），阻碍了其器件应用。过渡金属二硫属化物具有宽的带隙和相对较低的载流子迁移率（<；200 cm2·；V&minus；1·，s&minus），使得它们不适合在光电检测领域中的应用

由于其独特的特性，黑磷成为一种非常有前途的红外探测器材料。值得注意的是，它表现出从0.34eV体积到2.1eV单层形式的直接带隙。此外，基于先前的研究，黑磷具有约1000cm2·的高载流子迁移率；V&减号；1·；s&minus；1和105的大开/关比。这些特性进一步增强了黑磷作为红外探测应用的首选材料的潜力

不幸的是，黑磷稳定性差，在室温下在大气中快速降解，限制了其实际应用。黑砷（B-As）作为磷的同系物，与BP具有相似的晶体结构，预计将表现出优异的电学和光学性能，具有预期的高载流子迁移率（高达103 cm2·；V&minus；1·，s&minus！1）

正如先前的研究所表明的，B-As的带隙高度依赖于材料厚度。具体而言，单层B-As的间接带隙范围约为1-1.5 eV，而体B-As是带隙约为0.3 eV的直接带隙半导体。

这些发现强调了在研究B-As的电子和光学性质时考虑层厚度的重要性，证明了这种材料在各种应用中的潜力

现在，一个研究小组设计了一种基于黑磷的双波段可见光和红外光电探测器。在室温下，该团队通过器件的传输特性和电压-电流特性发现，所制备的器件是n型耗尽型FET，并表现出良好的欧姆接触

这项研究发表在《高级设备》杂志上；仪器仪表

当入射激光光子的能量大于几层B-As的带隙（hv>；Eg）时，可以产生光激发的电子-空穴对。当B-As器件处于偏置模式时，施加的电场有效地分离界面处的光生电子-空穴对，并将它们注入电极，从而产生光电流。该团队的研究结果表明，光电导效应是B-As器件在可见光和红外波段的主要光响应机制

在实验过程中，他们发现零偏置电压下的信号很弱，他们分析这是由于激光光斑在通道上的不均匀照明引入了光热电流。这也可能归因于电子和空穴的不同扩散系数导致的德伯效应，从而导致内置电场

研究人员通过扫描光电流图提供了最直观、最有效的方法来显示产生光电流的区域，用于验证他们的解释。在0V偏压下，器件发出微弱的光电流信号，证实了他们之前的解释。在沟道的相同位置将偏置电压增加0.01V显示出光敏区域的显著扩展

这项研究成功开发了一种能够在室温下快速响应的B-As光电探测器，展示了非凡的双频带光响应特性。该探测器的峰值光响应为387.3mA·；W&减号；1，在不需要外部偏置的情况下在825nm的近红外波长下，并且实现了1.37倍的高检测率；108琼斯

可见光谱到红外光谱的响应机制主要归因于光电导效应。这些结果不仅证实了B-As作为窄带隙半导体的优越光电性能，而且展示了其与黑磷（BP）相当的性能，表明其在高速光电器件中具有巨大的应用潜力。最重要的是，本研究所展示的双频带检测能力为室温、宽带光电检测技术的未来发展奠定了坚实的基础