第一作者：张拓、任元
通讯作者：任元、陶立
通讯单位：东南大学 材料科学与工程学院
成果介绍
表面形貌构筑是增强基于化合物半导体的光电探测器性能的有效调谐工具。然而，由于在非氧化物半导体薄膜中制造形貌可控的亚50 nm介观结构存在一定挑战，现有的光学结构研究大多数局限于微米/亚微米尺度（如光子晶体）。
基于此，东南大学任元副研究员和陶立教授（共同通讯作者）提出了一种可编程和可扩展的方法，通过两亲性嵌段共聚物模板的电化学沉积法制备了一系列具有精确可调孔径（13-30 nm）、孔隙率、厚度和结晶度的介孔Bi2Se3（mBi2Se3）半导体薄膜。由此产生的纳米级球形界面实现了多级光散射，显著提高了光电探测器的性能。基于mBi2Se3/Au/Si的优化器件表现出6 mA/W的响应率（R）、1013 Jones的探测率（D*）和106 cm2/W的灵敏度（S），比无孔器件高出几个数量级，并且优于其他报道的基于Bi2Se3或介观结构的光电探测器。这项工作将光学微/纳米结构工程推进到10 nm尺度，为同时实现高响应率、探测率和速度的下一代光电探测器铺平了道路。这些发现为高分辨率红外成像和实时图像识别的应用带来了新的思路。
图文导读
图 1. 介孔Bi2Se3薄膜电化学沉积制备过程以及光电探测器和工业异常识别应用。
图 2. 胶束模板电化学沉积制备mBi2Se3薄膜的结构表征。
图 3. mBi2Se3薄膜孔工程的结构表征。
图 4. mBi2Se3/Au/Si异质结的光电探测性能。
图 5. mBi2Se3/Au/Si异质结介孔结构依赖的光电探测性能。
图6. 基于mBi2Se3薄膜的光电探测器的机理研究。
图7. 基于mBi2Se3薄膜的光电探测器的电磁能量密度场模拟计算。
图8. 基于mBi2Se3薄膜光电探测器的超分辨率和工业异常识别应用。
本项目受到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项、东南大学“至善青年学者”支持计划、东南大学“学科交叉青年特支计划”的资助。
文章链接：Adv. Optical Mater. 2025, e01903
