近年来，二维(2D)层状晶体的特殊结构和令人着迷的电学和光学性质引起了广泛的关注。这种晶体的例子包括石墨烯、黑磷(BP)和过渡金属二硫属化物(TMD)。

科学家研制出黑砷可见红外光电探测器

凭借其原子厚度、高载流子迁移率和可调谐带隙，这些材料在各种应用中具有巨大的前景，并继续引起科学界的极大兴趣。石墨烯是一种紧密堆积的碳原子通过sp 2杂化连接形成单层二维蜂窝晶格的晶体结构，其电子迁移率高达2×10 5 cm 2 ·V -1 ·s -1。

然而，石墨烯由于其零带隙和极低的光吸收(2.3%)而导致其短寿命的光生载流子阻碍了其器件应用。过渡金属二硫化物具有宽带隙和相对较低的载流子迁移率(<200 cm 2 ·V -1 ·s -1)，使其不适合在光电检测领域的应用。

由于其独特的特性，黑磷成为一种非常有前途的红外探测器材料。值得注意的是，它的直接带隙范围从块状 0.34 eV 到单层形式 2.1 eV。此外，根据之前的研究，黑磷具有约1,000 cm 2 ·V -1 ·s -1的高载流子迁移率和105的大开/关比。这些属性进一步增强了黑磷作为优选材料的潜力。用于红外检测应用。

不幸的是，黑磷的稳定性差，并且在室温下在大气中迅速降解，限制了其实际应用。黑砷(B-As)作为磷的同系物，与BP具有相似的晶体结构，有望表现出优异的电学和光学性能，具有预期的高载流子迁移率(高达10 3 cm 2 ·V -1 ·s)−1 )。

正如之前的研究表明，B-As 的带隙高度依赖于材料厚度。具体来说，单层 B-As 的间接带隙范围约为 1-1.5 eV，而体 B-As 是直接带隙半导体，带隙约为 0.3 eV。

这些发现强调了在研究 B-As 的电子和光学特性时考虑层厚度的重要性，展示了这种材料在各种应用中的潜力。

现在，一个研究小组设计了一种基于黑磷的可见光和红外波长的双波段光电探测器。在室温下，团队通过器件的传输特性和电压-电流特性发现，所制备的器件是n型耗尽型FET，并且表现出良好的欧姆接触。

该研究发表在《先进设备与仪器》杂志上。

当入射激光光子的能量大于几层B-As的带隙(hv>Eg)时，可以产生光激发电子-空穴对。当B-As器件处于偏置模式时，施加的电场有效地分离界面处的光生电子-空穴对并将它们注入电极，从而产生光电流。该团队的研究结果表明，光电导效应是B-As器件在可见光和红外波段的主要光响应机制。

实验过程中，他们发现零偏置电压下信号较弱，分析原因是引入光热电流的通道上激光光斑照射不均匀。这也可能是由于电子和空穴的扩散系数不同而引起的登伯效应，从而产生了内建电场。

研究人员通过扫描光电流图提供了最直观、最有效的方式来显示光电流产生的区域，用来验证他们的解释。该器件在 0 V 偏压下发出微弱的光电流信号，证实了他们之前的解释。在沟道相同位置增加偏置电压0.01V，可以发现光敏区域显着扩大。

本研究成功开发了一种能够在室温下快速响应的B-As光电探测器，表现出优异的双波段光响应特性。该探测器在825 nm近红外波长处表现出387.3 mA·W -1的峰值光响应度，无需外部偏置，并实现了1.37×10 8 Jones的高探测灵敏度。

整个可见光到红外光谱的响应机制主要归因于光电导效应。这些结果不仅证实了B-As作为窄带隙半导体的优异光电性能，而且还展示了其与黑磷(BP)相当的性能，表明其在高速光电器件中的巨大应用潜力。最重要的是，本研究展示的双波段探测能力为室温、宽带光电探测技术的未来发展奠定了坚实的基础。