中国科学院重庆研究院，狄拉克半金属异质结光电探测器：研究进展与未来挑战！Advanced Optical Materials

Wiley

2025-05-12

研究背景

光电探测器作为光电系统的核心部件，能够捕获光信号并将其转换为电信号，在天文观测、环境监测、工业检测、光纤通信等领域具有不可替代的应用价值。随着应用场景日益复杂多样，光电探测器对超快响应、高灵敏度和宽谱响应等性能的要求变得更加严苛。狄拉克半金属凭借其高载流子迁移率、零带隙和宽光谱吸收等优势，成为下一代光电探测器的重要候选材料。通过将二维狄拉克半金属与传统半导体材料（如硅和锗）相结合，构建狄拉克半金属/半导体异质结，可实现从紫外到长波红外的宽波段光电探测，在拓宽光电探测器响应波长范围等方面展现出显著优势。

研究概述

近日，中国科学院重庆绿色智能技术研究院科研团队对二维狄拉克半金属/半导体异质结光电探测器（DSSHP）的研究进展进行了综述。首先，概述了狄拉克半金属独特的物理性质，并介绍了狄拉克半金属异质结光电探测器的特点。其次，讨论了入射光子能量与DSSHP光响应机制之间的关系，描述了光伏效应（PVE）、内部光电发射效应（IPE）、隧穿效应（TE）和光热电效应（PTE）。随后，归纳了优化光电探测器性能的4种关键策略，包括：（1）通过选择合适的半导体材料与狄拉克半金属进行复合，调控肖特基结势垒高度，实现对低能光子的有效探测；（2）引入纳米柱、金字塔等纳米结构，通过光捕获效应显著提高光吸收率和光利用率，从而提升光电探测器的性能；（3）通过在光电探测器中引入传输层（如石墨烯层），显著增强其导电性能，从而在相同光照条件下产生更强的光电流，进一步提升器件的光电响应效率；（4）通过在异质结界面处引入介质层，有效阻止暗态下载流子的传输，从而显著抑制光电探测器的暗电流产生，提升其信噪比。最后，文章汇总了近年来代表性DSSHP的关键性能参数，总结了DSSHP当前面临的主要挑战，并对其未来发展方向进行了展望。

图1 DSSHP光电转换机制总结

期刊简介

Advanced Optical Materials是一个国际性的、跨学科的论坛，针对材料科学的同行评审论文，重点关注光-物质相互作用的各个方面。致力于光子学、等离子体、超材料等领域的突破性发现和基础研究。