近日，课题组在基于二维材料的混合维度范德华异质结光电探测领域取得积极进展。相关成果以题为"Mixed-Dimensional PtSe₂/Bi₂Te₃/Pyramid Si Heterojunction with a Light-Trapping Structure for Highly Sensitive Ultrabroadband Photodetection"的论文发表在物理类一区期刊《ACS Photonics》上。郑州大学为第一单位，硕士研究生李鑫为第一作者，吴翟教授和林沛副教授为共同通讯作者。

作为核心光电器件，宽波段光电探测器具有从紫外到长波红外的光谱响应范围，在民用和军事领域中具有重要的应用前景。目前最先进的宽波段光电探测技术主要依赖于具有窄带隙的半导体或特殊结构，如II型超晶格或量子阱等。最近，基于二维材料的混合维度（二维/三维）范德华异质结为实现宽波段探测提供了新的途径。作为典型的拓扑绝缘体，Bi₂Te₃具有的超高载流子迁移率、较大的吸收系数和窄带隙特性以及出色的稳定性，使其成为宽波段光电探测器的理想材料。另一方面，作为II型狄拉克半金属，二维PtSe₂薄膜具有无带隙的能带结构，确保其具有超宽光谱吸收范围并且可以使光生载流子快速传输以减少重组。此外，PtSe₂具有无悬挂键的表面能够轻松地与其他维度材料集成，形成混合维度范德华异质结用于增强光电探测性能。

本工作报道了在具有强陷光结构的硅金字塔衬底上直接原位生长Bi₂Te₃薄膜，并在Bi₂Te₃/Si金字塔顶部结合二维PtSe₂层，构建了PtSe₂/Bi₂Te₃/Si金字塔混合维度范德华异质结光电探测器。该器件表现出从265 nm至10.6 μm的自驱动宽波段响应范围，在980 nm处的响应度达到620 mW/A，比探测率为1.37×10¹² Jones，快速响应速度为 0.45/18 μs。此外，阵列集成器件展现出卓越的宽波段成像能力。这项研究为实现高灵敏度宽波段光电探测和成像应用提供了可行的途径。

该工作得到了国家自然科学基金和河南省高等学校重点研究等项目的支持。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.4c00246