日盲紫外(SBUV)探测器是地球上工作在SBUV光谱范围(200-280nm)的光电探测器在没有背景辐射的情况下具有高信噪比,在导弹羽流跟踪、火焰探测、导弹预警和安全光通信方面具有重要运用价值。紫外波段是指光谱的波长范围为10至400nm,占太阳光谱的10%。由于大气的吸收,太阳光中波长低于280nm的UV辐射无法到达已被臭氧层完全吸收的地球表面,称为日盲紫外。当前日盲紫外探测器存在主要问题:光响应率比较低、响应速度慢、比探测率有限、光谱响应范围窄等问题。近年,许多研究组致力于提升日盲紫外探测器的灵敏度和响应速度。
信息材料与智能感知安徽省实验室龙明生教授、单磊教授与中国科学院上海技术物理研究所王芳博士后开发基于FePSe3的SBUV光电探测器。FePSe3是一种p型二维半导体,间接能量为1.3eV,对应于近红外范围。基于FePSe3薄片的可见光到短波红外(SWIR)宽带光电探测已被证明。本研究工作设计金属电极增强FePSe3/MoS2异质结探测器,工作范围覆盖从SBUV到长波红外LWIR(0.265-10.6µm)。在SBUV范围内展示了高达33600AW-1的高光响应率,~7.1×10-17WHz-1/2的极低等效噪声功率(NEP)和1.51×1013cmHz1/2W-1的高比探测率D*。与最先进的SBUV光电探测器相比,该范围内的性能非常出色。值得注意的是,该器件还具有出色的室温中波红外MWIR(3-5µm)和LWIR探测能力。MWIR区域的D*为6.01×108cmHz1/2W-1,LWIR10.6µm的D*为4.92×108cmHz1/2W-1。这项工作为设计高性能SBUV光电探测器和宽光谱光响应应用开辟了一条新途径。
图.FePSe3/MoS2异质结器件结构及性能对比
该研究工作以“UltrasensitiveSolar-blindUltravioletPhotodetectorBasedonFePSe3/MoS2HeterostructureResponseto10.6µm”为题发表在材料科学顶级期刊Adv.Funct.Mater.(DOI:10.1002/adfm.202204230),龙明生教授为第一作者兼通讯作者,单磊教授、王芳博士为共同通讯作者,安徽大学信息材料与智能感知安徽省实验室为第一单位。该工作得到了国家自然科学基金面上项目61975224,62004207,12074002,安徽省高校协同创新项目GXXT-2020-050,安徽省自然科学基金2008085MF206,安徽省2020年领军人才团队项目的支持。