【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，吉林大學物理學院高壓與超硬材料全國重點實驗室殷紅教授團隊與大連理工大學集成電路學院梁紅偉教授團隊合作在超寬帶隙半導體六方氮化硼(h-BN)偏振探測器研制方面取得重要進展，通過異質(zhì)外延生長工藝克服了通常的熱力學穩(wěn)定高對稱性c面生長模式，成功制備出大面積m面取向的h-BN外延膜，研制的光電探測器實現(xiàn)了真空紫外(VUV)波段的高敏感性偏振探測功能。該工作為基于h-BN的VUV偏振敏感光電探測器設(shè)計提供了有效策略，同時對基于傳統(tǒng)二維材料的新型集成光電子應(yīng)用具有重要意義。研究成果以“Polarization Sensitive Vacuum-Ultraviolet Photodetectors Based onm-Plane h-BN”為題發(fā)表在國際學術(shù)期刊《Advanced Materials》上。
 

　　VUV光探測在空間科學、輻射監(jiān)測、電子工業(yè)和基礎(chǔ)研究中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，近年來備受矚目。將光的偏振特性引入到VUV檢測中，有利于豐富對探測目標屬性的理解并拓寬信號維度，從而拓展其于復雜場景中的應(yīng)用。因而，開發(fā)具有偏振靈敏的低對稱性晶體結(jié)構(gòu)、VUV選擇性響應(yīng)以及高抗輻照的光敏材料，是推動真空紫外偏振探測技術(shù)突破的關(guān)鍵。
 

　　作為傳統(tǒng)的范德華二維材料，h-BN憑借其近6 eV的超寬帶隙、高帶邊吸收系數(shù)，高介電強度，化學惰性，優(yōu)異熱穩(wěn)定性以及抗輻照能力等優(yōu)勢，在VUV探測領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，常規(guī)范德華生長模式制備的h-BN晶體在優(yōu)先生長平面通常形成具有三重旋轉(zhuǎn)對稱性的c面表面結(jié)構(gòu)，導致材料偏振敏感性受限。研究團隊通過離子束輔助濺射外延生長技術(shù)，于藍寶石襯底上成功制備獲得2英寸具有低對稱性m面生長取向的h-BN異質(zhì)外延薄膜。理論計算與實驗表征表明，m面取向h-BN外延膜在晶體結(jié)構(gòu)、電荷密度分布、介電特性、光吸收行為及m面內(nèi)電子躍遷概率等方面均表現(xiàn)出顯著的各向異性，因而賦予了其VUV波段的偏振探測應(yīng)用潛力。其面內(nèi)a軸與c軸方向在VUV波段的各向異性光吸收系數(shù)比理論上可達一個數(shù)量級，同時實驗上測得室溫下外延膜在兩方向的載流子傳輸效率比高達24?；诖?，研究團隊研制出高性能VUV偏振探測器，其在188 nm偏振光下實現(xiàn)6.2的偏振比，并具有3.4 mA/W的a軸方向偏振響應(yīng)率。
 

圖：m面異質(zhì)外延h-BN原子排列、二向色性及VUV偏振光探測性能
 

　　這項工作基于超寬禁帶半導體將偏振光探測波長擴展到VUV范圍，不僅為發(fā)展h-BN材料于光學、電子學和光電子學應(yīng)用的片上集成提供了機會，還克服了傳統(tǒng)的高對稱二維材料在偏振光探測中的局限性，進而為VUV和其他光譜范圍的高敏感、低噪聲偏振光探測開辟了新的途徑。
 

　　該論文通訊作者為吉林大學殷紅教授與大連理工大學梁紅偉教授，第一作者為吉林大學物理學院博士研究生陳樂。該項工作得到了國家自然科學基金、吉林省自然科學基金、吉林省重點研發(fā)項目等相關(guān)項目的資助，并得到吉林大學高壓與超硬材料全國重點實驗室、大連市寬禁帶半導體器件集成與系統(tǒng)重點實驗室等平臺的支持，同時也得到了上海同步輻射光源BL03U線站的大力支持。