文章导读
基于二维范德华异质结的自供电红外光电探测器
本研究报道了一种基于二维（2D）范德华（vdW）异质结的高性能自供电红外光电探测器（ISPD），其核心材料为PdSe2/MoTe2异质结。该器件在零偏压下实现了300-4050 nm的超宽光谱响应，尤其在980 nm近红外波段，响应度（R）达到395 mA/W，探测率（D*）高达1.92×1011 Jones，性能接近甚至优于现有2D/3D异质结器件。研究揭示了其优异性能源于以下机制：PdSe2与MoTe2之间较大的功函数差（0.26 eV）形成强内建电场，MoTe2的高红外吸收能力，以及II型能带排列促进载流子分离。此外，论文提出了构建高性能2D/2D ISPD的三个关键条件：功函数差大于0.2 eV、红外吸收范围覆盖目标波段、II型能带对齐。这一发现为下一代微型化、低功耗红外光电探测器的设计提供了重要指导。
研究背景
研究内容
材料选择与器件制备：
研究选取PdSe2与MoX2（X=S, Se, Te）构建vdW异质结，通过干法转移工艺制备光电器件。
利用原子力显微镜（AFM）、拉曼光谱和紫外光电子能谱（UPS）验证了异质结的界面质量、厚度及能级结构。
光学吸收特性分析 ：
MoTe2在近红外波段（~1500 nm）表现出最强的吸收能力，而PdSe2覆盖可见光至中红外波段。两者结合后，PdSe2/MoTe2异质结的吸收范围扩展至300-4050 nm，优于其他组合（如PdSe2/MoS2、PdSe2/MoSe2）。
自供电机制与电学性能：
功函数差与能带排列：通过UPS和开尔文探针力显微镜（KPFM）测量，PdSe2与MoTe2的功函数差为0.26 eV，形成II型能带对齐，促进光生载流子分离并产生强内建电场。
光电响应：在零偏压下，PdSe2/MoTe2器件在980nm处的响应度达395 mA/W，探测率达1.92×1011 Jones，且响应时间短（~300 μs），环境稳定性优异（8000次循环后性能无衰减）。
结合实验与理论计算（密度泛函理论，DFT），提出构建高性能2D/2D ISPD的三个必要条件：
1.功函数差需大于0.2 eV，以形成足够强的内建电场；
2.材料需具备宽红外吸收范围，覆盖目标检测波段；
3.II型能带排列，优化载流子分离效率。
PdSe2/MoTe2器件的制造工艺示意图：
研究结论
本研究成功开发了一种基于PdSe2/MoTe2的高性能自供电红外光电探测器，其性能指标达到或超越现有2D/3D异质结器件，并揭示了材料设计的核心规律。提出的三个必要条件为未来2D/2D ISPD的研发提供了理论框架，推动了微型化、低功耗红外光探测技术的发展。此外，该器件在红外成像领域的应用潜力也为柔性电子与物联网设备的设计开辟了新方向。
本文中使用我司“E1系列 二维材料转移平台” 将PDMS上的样品转移到SiO2/Si基底上，制造PdSe2/MoTe2器件。
迈塔光电E1系列多功能二维材料转移实验平台可实现低维材料转移精确定点转移、多层范德华异质结制备，是研究异质结特性、空间反演对称性破缺、以及二维材料不同堆叠方式、魔角超导的有力工具。适用于石墨烯、硫化钼、黑磷等单层材料，范德华异质结，扭曲魔角异质结，纳米线/片，电极阵列等，以及5-100um的微小样品。
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