近日，课题组在二维半金属的低温可控合成及其高效宽波段光电探测与成像应用研究中取得进展。相关成果以“Low-Temperature Synthesis of Wafer-Scale 2D Topological Semimetal NiTe₂ for High-Efficiency Broadband Photodetection and Imaging”为题发表在国际知名物理类期刊《Laser & Photonics Reviews》上。论文第一作者为博士研究生李雪，通讯作者为吴翟和曾龙辉教授，郑州大学为第一单位。

二维半金属材料因其独特的无带隙电子结构、高载流子迁移率和拓扑表面态，在宽谱光电探测领域展现出巨大潜力。然而，其应用仍面临多重挑战：在材料制备方面，现有的机械剥离和化学气相沉积等方法存在样品尺寸受限、工艺重复性差和产率较低等问题；在器件性能方面，原子级厚度导致的低光吸收效率和无带隙特性引发的显著室温暗电流，严重制约了器件的响应度和比探测率等关键性能指标。此外，传统高温制备工艺与CMOS技术的不兼容性，进一步阻碍了该材料与现有半导体工艺的集成。这些关键挑战亟需突破，以推动二维半金属材料在光电子领域的实际应用。

图1. 晶圆级二维NiTe₂薄膜及NiTe₂/Si异质结探测器室温宽波段探测和成像应用

本研究通过原位金属转化范德华生长技术，在300 ℃的低温下成功制备出晶圆级二维拓扑半金属NiTe₂薄膜，该薄膜具有优异的结晶性和良好的均匀性。基于此构建的NiTe₂/Si范德华异质结光电探测器，实现了紫外（265 nm）至长波红外（10.6 μm）的室温自驱动宽波段光电探测。该器件展现出卓越的性能：暗电流低至3.4×10^-14 A；在980 nm光照条件下，响应度高达682.7 mA/W，比探测率可达1.6×10¹² Jones；同时具有9.3/40 μs快的响应速度。此外，该研究成功展示了器件在复杂图案识别、穿透成像及溶液成分分析等多种场景下的优异红外成像性能。这项工作为CMOS兼容的大面积二维半金属材料制备及其高灵敏度宽谱光电探测与成像应用提供了可行路径。

该工作得到了国家自然科学基金和河南省杰出青年基金等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1002/lpor.202501119