sesem 复旦大学Nano Letters：集成晶格匹配Ⅱ型Se/n-Si异质结基高性能硅兼容大面积紫外-可见宽带光电探测器

[引言]

光电探测器是将光信号转换成电信号的光电器件，广泛应用于成像、光通信、工业安全和军事等领域。构建高灵敏度、宽光谱响应(或特定波段响应)和高响应速度的光电探测器是重要的研究方向之一。其中，紫外-可见宽带光电探测器在光成像、光谱分析、环境监测、光谱学和可见光通信方面显示出特殊的潜力。紫外-可见宽带光电探测器通常基于具有适当光响应区域的半导体，这是指具有大约1.7 eV的适当带隙的半导体。

Sb2S3、ZrS3、CdS、CdSe、氧化石墨烯、钙钛矿和许多其他具有适当带隙的材料已经被广泛研究用于紫外-可见光探测器。元素硒作为一种稳定适用的材料，因其优异的性能越来越受到人们的关注。硒除了具有合适的带隙(约1.7 eV)外，还具有较高的抗氧化性和耐湿性，优于其他具有类似带隙的半导体，如金属硫化物、金属硒和钙钛矿。此外，其适中的熔点有利于高质量晶体的气相制造。此外，硒的电导率在光照后发生了显著变化，许多金属半导体金属(MSM)探测器都是基于硒材料开发的。然而，这些MSM器件具有硒材料的暗电阻，这限制了高的开/关比。

近日，复旦大学方教授课题组在《纳米快报》上发表了题为“基于集成晶格匹配型/N-Si异质结的高性能硅兼容大面积紫外-可见光宽带光电探测器”的研究论文。本文提出并发展了一种金诱导氯化铵辅助气相合成的制备方法，在硅衬底上形成晶格匹配(111)晶面取向的垂直排列亚微米硒晶体。在此基础上，构建了高性能大面积硅兼容光电探测器。由于能带结构和强不对称耗尽区，制备的硒硅器件在红外区之前保持了与硒器件相近的截止波长，在紫外-可见区表现出高性能的宽带光学响应。大面积光电探测器在-2 V偏压下保持极低的漏电流，在500 nm处光电流高达62 nA，开/关比高达103~104。当偏置电压被消除时，可以清楚地观察到光响应。脉冲响应精确地提供了更高的响应速度(τ上升+τ下降~1.975ms)，超过了目前文献报道的最快的se基光电探测器。增强的光电特性和自光学响应主要来自于晶格匹配和II型能带匹配的集成高质量Se/n-Si p-n异质结。

[图解指南]

图1。金诱导和氯化铵辅助气相合成法制备硒晶体

[结论与展望]

本文提出并发展了一种在掺氮硅(111)晶片上外延生长垂直排列的亚微米硒晶体的方法。然后，基于晶格匹配和ⅱ型能带匹配的集成硒氮硅磷氮异质结构，构建了大面积硅兼容紫外-可见光电探测器。高质量的p-n异质结和单晶P型和N型材料有效保证了器件的高性能。硒硅异质结的光伏效应和硒光电导特性区在硒吸收区的光响应，硒硅器件通常将硒的截止波长保持在红外波段以下。在较长波长下，剩余的低响应性归因于硅的光电导效应和增加的光热效应。

文献链接:基于集成晶格匹配II型SE/ n-Si异质结的高性能硅兼容大面积紫外-可见宽带光电探测器(Nano letters，2018，DOI:10.1021/ACS . Nano lett . 8 b 00988)

本文由材料电子电工学术组杨子健主编。