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紅外探測(cè)器在工業(yè)、安全、搜救、醫(yī)學(xué)成像、監(jiān)視、科學(xué)研究、氣象、氣候?qū)W和天文學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。目前，高性能紅外成像技術(shù)主要依賴于高質(zhì)量外延材料，如小帶隙合碲鎘汞 (MCT)、InAs/GaSb II 型超晶格 (T2SL) 和量子阱 (QWIP)。然而，這些系統(tǒng)在低溫下運(yùn)行，需要昂貴且笨重的低溫系統(tǒng)，這對(duì)實(shí)現(xiàn)快速和緊湊的紅外檢測(cè)系統(tǒng)的提出了挑戰(zhàn)。因此，設(shè)計(jì)一種低噪聲電流的紅外光電探測(cè)器對(duì)于提高器件的工作溫度、減輕紅外探測(cè)系統(tǒng)的冷卻負(fù)擔(dān)具有重要意義。

近日，我院微納制造與系統(tǒng)集成研究中心在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上發(fā)表了題為“Ultralow-Noise MoS₂/Type II Superlattice Mixed-Dimensional van der Waals Barrier Long-Wave Infrared Detector”的研究進(jìn)展，該論文提出了一種MoS₂/II型超晶格混合維范德華勢(shì)壘長(zhǎng)波紅外探測(cè)器 (Mixed-vdWH) ，利用 MoS₂ 的高價(jià)帶勢(shì)壘有效抑制多粒子擴(kuò)散。混合勢(shì)壘使暗電流顯著降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)在高溫下保持了良好的噪聲抑制性能。該長(zhǎng)波器件在 77 K 時(shí)品質(zhì)因數(shù) (D*) 達(dá)到 4×10¹⁰ cm·Hz^1/2。這種集成策略將二維層狀材料的獨(dú)特性能與傳統(tǒng) 3D 半導(dǎo)體材料的成熟加工技術(shù)相結(jié)合，為其大規(guī)模集成提供了一種有前途的策略。

圖1 器件結(jié)構(gòu)示意圖和材料表征結(jié)果

重慶研究院博士研究生肖磊為論文的第一作者，孫泰高級(jí)工程師為通訊作者。該研究工作為實(shí)現(xiàn)高集成，高靈敏、多色，低功耗的第三代的新型光電探測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和技術(shù)手段，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院“西部之光”計(jì)劃等支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c00956