西安交大科研团队在二维材料-铁电混合系统光电探测领域取得进展

“后摩尔”时代中，与CMOS工艺兼容的高性能集成光电探测器是实现硅光集成和物联网等前沿应用的重要组成部分。为了进一步提高光电探测的性能，近年来研究人员致力于将新型材料和新物理机制引入器件应用中，二维材料和铁电材料受到了广泛关注，而将二者结合起来实现混合系统再用于光探测，不但引发了很多新奇的物理现象，又能够实现小尺寸、多功能和快速响应的探测器件，因此相关成果层出不穷，然而众多新颖的结果缺乏基于物理机制和器件应用方面的梳理，存在的问题和未来发展的方向也缺乏有深度的讨论。

西安交通大学电信学部电子学院任巍教授、牛刚特聘研究员课题组长期致力于发展功能介电、铁电薄膜与集成器件，尤其是介电和铁电薄膜在信息时代的新型应用，如高频超声换能器、红外热释电阵列、人工突触器件、柔性器件、光电探测器件等。近日，该团队与国内外科研人员合作报道了二维材料-铁电薄膜混合系统光电探测应用的新进展，总结了材料特性、物理机制、器件优化等多方面成果，理清了该领域当前的研究重点和挑战，并且对未来的研究提出了建议和展望。

综述首先回顾了二维材料和铁电材料基础，并进一步针对二维材料-铁电材料混合系统的相互作用进行研究与讨论。对铁电材料极化对二维材料的能带调控、电特性和光电特性增强进行了系统深入分析。进一步，半导体器件工艺也是影响光电探测性能的重要方面，论文中对于器件工艺，特别是电极与沟道材料的接触进行了讨论并总结了提高光电探测器性能的常见工艺与方法。在二维材料-铁电薄膜光电探测器件应用中，作者针对不同器件结构的光电探测器进行系统讨论，对光电探测器的结构、性能以及突出特点进行总结，并针对铁电材料对二维材料在光电应用中的调控作用进行了系统、深入分析。这项工作不仅很好地总结了光电探测器领域的最新成果，为快速了解相关发展提供了可能，而且为未来光电探测器的优化和结构设计提供了思路和建议。

研究综述以“Hybrid System Combining Two-Dimensional Materials and Ferroelectrics and Its Application in Photodetection”为题发表在国际知名期刊 ACS NANO 在线发表。论文工作受到国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、校青年拔尖人才计划等项目的支持。

任巍教授和牛刚特聘研究员课题组近年来在介电、压电、铁电功能薄膜与集成器件方面取得了系列成果，研究论文已经发表于IEEE Electron. Dev. Lett.、ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Mater. Chem. C和Adv. Electron. Mater.等期刊上。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c01735#