基于各向异性二维（2D）材料的偏振光电探测器在通信和光电子领域显示出巨大的应用潜力。然而，大暗电流、低各向异性比和低响应速度限制了其发展。
据麦姆斯咨询报道，近日，由天津理工大学和厦门大学组成的科研团队构建了一种基于PdSe₂/NbSe₂范德华（vdW）异质结的宽带偏振角相关光电探测器。这种低暗电流、宽带偏振探测和偏振视觉成像的PdSe₂/NbSe₂范德华异质结器件，将促进偏振敏感光电探测器的发展和应用。这项研究以“PdSe₂/NbSe₂ Heterojunction Photodetector with Broadband Detection and Polarization Sensitivity”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。
研究人员首先对PdSe₂、3R-NbSe₂及PdSe₂/NbSe₂三种异质结的结构特征做了研究，相关结果如图1所示。图1a分别显示了PdSe₂的顶部和侧面的晶体结构。为了简化器件模型，图1b展示了PdSe₂/NbSe₂异质结的单层示意图。图1f展示了PdSe₂/NbSe₂异质结宽带光吸收范围可达400 nm至1000 nm，表明该器件在可见光（VIS）到近红外（NIR）波段的光吸收能力较强。
图1 PdSe₂、3R-NbSe₂及PdSe₂/NbSe₂异质结的结构特征
接着，研究人员研究了单一材料和PdSe₂/NbSe₂异质结器件在黑暗条件下的光电性能，相关结果如图2所示。图2a是PdSe₂/NbSe₂异质结器件的电气测量结构图。图2c展示了在黑暗环境下，3R-NbSe₂、PdSe₂和PdSe₂/NbSe₂异质结器件在无外加栅极电压（Vgs = 0 V）的情况下的输出特性曲线（Ids-Vds），清晰地表明相对于单一材料器件，该异质结器件可以有效地降低暗电流。图2e为PdSe₂/NbSe₂异质结接触前后的能带结构图。
图2 三种器件的电学性质
然后，研究人员系统地研究了PdSe₂/NbSe₂异质结光电探测器的光电性能，相关结果如图3所示。
图3 PdSe₂/NbSe₂异质结器件的光电探测特性
二维PdSe₂具有较强的面内各向异性特性，PdSe₂/NbSe₂器件有望表现出优异的偏振光电响应能力，因此研究人员对其做了相关研究，相关结果如图4所示。研究结果表明，PdSe₂/NbSe₂异质结光电探测器具有稳定优异的偏振敏感特性。
图4 PdSe₂/NbSe₂异质结光电探测器的偏振敏感特性
最后，为了探索PdSe₂/NbSe₂异质结器件的更多潜在应用，研究人员进一步探究了该器件在扫描成像系统中的探测能力，相关实验及结果如图5所示。PdSe₂/NbSe₂异质结器件表现出探测范围宽、响应速度快、各向异性比高以及偏振成像能力卓越等特性，这将使其在未来光电器件应用中具有巨大潜力。
图5 PdSe₂/NbSe₂异质结器件的成像应用
综上所述，这项研究构建了具有高质量接触界面的PdSe₂/NbSe₂范德华异质结光电探测器。异质结光电探测器可以有效地抑制暗电流，这归因于在界面处形成的内置电场。PdSe₂/NbSe₂异质结器件具备405 nm至 980 nm的宽带探测能力。在638 nm激光照射及1 V偏置下，该器件表现出27 mA/W的高响应率、9.8 × 10⁷ Jones的高探测率、528%的高外量子效率（EQE），以及1.6 μs/1.9 μs的超快上升/衰减时间。该光电探测器在638 nm激光照射下还实现了高偏振敏感各向异性比和出色的偏振成像能力，可作为图像传感器使用。因此，该二维PdSe₂/NbSe₂范德华异质结光电探测器在高性能宽带探测和偏振敏感光电应用中具有巨大潜力。
https://doi.org/10.1021/acsami.4c17285
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