客户成果丨华南师范大学《Advanced Optical Materials》：纳米结构辅助增强的MoTe₂ReSe₂异质结构用于自供电和宽光谱光电探测器

华南师范大学电子科学与工程（微电子）学院杨孟孟特聘副研究员以及高伟副研究员团队、广东工业大学郑照强副教授在高性能宽光谱探测领域取得最新进展，该研究成果以“Nanostructure-assisted enhanced MoTe2/ReSe2 heterostructures for Self-Powered and Broad-Spectral Photodetector”为题发表在《Advanced Optical Materials》上。

随着5G通信、自动驾驶、智能传感与机器视觉等技术的迅猛发展，对高性能宽光谱光电探测器的需求日益迫切。为此，该团队创新性地提出“全介质纳米结构–二维异质结”协同增强策略，成功研制出兼具自驱动、宽光谱、高响应、偏振敏感的高性能MoTe2/ReSe2光电探测器。得益于米氏共振和异质结能带工程的协同作用，器件的探测波长覆盖405 nm至1550 nm。在-3 V偏压下，器件于532 nm波长处实现高达277 A/W的响应度和9.46×1012 Jones的探测率，响应速度达微秒级（765/937 μs），同时自驱动模式下也拥有4.58 A/W的响应度性能。尤为突出的是，借助ReSe2晶体的本征各向异性，该器件展现出显著的偏振敏感特性（各向异性比达2.2），并成功演示了高对比度线偏振成像功能，为发展高性能、多功能、可集成的新一代智能光电子系统提供了全新技术路径。

图1. 集成Si OA的MoTe2/ReSe2异质结光电器件的结构特性。(a)集成Si OA的MoTe2/ReSe2器件原理图。(b)集成Si OA的MoTe2/ReSe2器件的光学显微镜图像。(c)MoTe2、ReSe2和MoTe2/ReSe2异质结的拉曼散射光谱。(d)MoTe2和ReSe2分别与h-BN的AFM图像。(e)异质界面的KPFM图像。(f)MoTe2和ReSe2接触前的能带图。

采用机械剥离与干法转移技术，将h-BN、ReSe2及MoTe2依次精准转移至硅纳米阵列衬底上，从而构筑出全介质纳米结构与二维异质结耦合的光电探测器。该结构巧妙融合两大优势：光场增强：Si OA在可见-近红外波段激发低损耗米氏共振，显著提升局域光强；高效电荷分离：Type-II能带排列形成内建电场，结合外加偏压，实现超快载流子收集。

图2. (a) 532 nm波长下相对于x-z平面的模拟电场分布。(b) Si OA器件在不同光强下的I-V特性。(c) 随激光功率密度增加的光电流及(d) Si OA与Si/SiO2器件的时间依赖性光响应。(e) 响应时间。(f) Vds= 0、-3和3 V时的噪声谱密度。(g，h) Si OA和Si/SiO2上器件的R和Dsh*值。(i) 基于不同结构构型的异质结R与Dsh*对比。

通过时域有限差分( FDTD )仿真了Si OA横截面内的模拟电场强度。当入射波长为532 nm时，在硅纳米带内部观察到明显的圆形电场分布，对应于多极米氏共振模式。由于共振的泄漏，在Si OA的上表面周围发生了强烈的场增强。在这些增强效应下，异质结的光捕获能力可以进一步提高。从对比图可以看出集成Si OA的器件拥有卓越的光电性能。

图3. -3V偏压下测得的集成于硅基底上的异质结器件的偏振敏感探测与成像性能。(a) 成像表征测量系统的示意图。(b) 635nm波长下光电流随偏振角0至360度变化的函数关系。(c) 归一化光电流随偏振角的极坐标图；实线表示正弦拟合曲线。(d) 器件在不同偏振角照射下的成像应用。

由于ReSe2晶体显著的光学各向异性，测得光电流随入射光偏振角呈周期性变化，极坐标拟合给出最大各向异性比达2.2（Imax/Imin）。通过偏振扫描成像系统，成功获取在0°和90°两个不同偏振角度下“2D”字母的高对比度分辨图像，验证了其在偏振分辨光电子学方面应用的广阔前景。

该工作中通过使用 TuoTuo Technology 的无掩模紫外光刻机完成了对器件整个光刻步骤的工作。

作者信息介绍：华南师范大学电子科学与工程（微电子）学院的硕士研究生黄俊杰为文章的第一作者，华南师范大学杨孟孟特聘副研究员、高伟副研究员、广东工业大学郑照强副教授为论文的共同通讯作者。

该研究得到了广东省基础与应用基础研究基金和中国国家自然科学基金的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adom.202502872