覆盖可见光至长波红外的超宽带光电探测器材料
2025-09-27 15:55:46 来源：麦姆斯咨询评论：0 点击：

研究人员新开发的超宽带光电探测器材料可检测从可见光到长波红外的全谱，即使在高温高湿条件下也能保持稳定性。这使得产品设计得以大幅简化，并能通过用单一集成器件替代多个探测器而降低生产成本。

据麦姆斯咨询报道，韩国化学技术研究所（KRICT）Wooseok Song博士和成均馆大学Dae Ho Yoon教授领导的联合研究团队成功开发了一种新型超宽带光电探测器材料，其可感知的波长范围比现有商用材料更广，并能在6英寸晶圆级衬底上实现经济高效的合成。这项研究成果已经以“Ultrabroadband Photoconductive Topological Material with Exceptional Multienvironmental Stability”为题发表在ACS Nano期刊上。

基于SnSeTe三元拓扑晶体绝缘体开发的宽带、高稳定性光电探测器

光电探测器通常根据其探测的波长范围分为不同类别，例如可见光、近红外（NIR）、中红外（MWIR）和长波红外（LWIR）探测器，广泛应用于智能设备、安防、环境监测和医疗保健等领域。

自动驾驶汽车或军用无人机通常需要安装多个面向不同波段的探测器。超宽带光电探测器为此而来，它们能够用一个器件探测多个波长范围。

基于二维（2D）材料的传统宽带探测器只能检测可见光至近红外波段，而中波红外和长波红外检测能力有限，并且在湿度和温度变化下的稳定性较差，阻碍了户外及国防应用。

例如，自动驾驶汽车或军用无人机可以将可见光CMOS图像传感器（用于白天成像和识别）、激光雷达（LiDAR）中的近红外探测器（用于测距）以及中波红外/长波红外探测器（用于夜间人体探测）功能集成在一个器件中。

SnSeTe三元拓扑晶体绝缘体的大面积高均匀合成方法

该研究团队使用了一种拓扑晶体绝缘体（SnSe₀.₉Te₀.₁），由二维半导体SnSe用Te取代得到。作为一种量子材料，拓扑晶体绝缘体具有窄带隙，能够探测中波红外和长波红外等长波光，同时保持高稳定性。

不同于传统二维半导体由于带隙较宽而无法检测低能光子，拓扑晶体绝缘体结构允许电子在表面态上自由移动，从而实现宽带且高灵敏度的检测，包括由人手指发出的细微长波红外热辐射。因此，这种新材料实现了比传统二维半导体（~0.4–1.2 μm）宽约8倍的宽带检测范围（0.5–9.6 μm）。并且，它还轻薄，在高温、高湿甚至水下都具有高度稳定性。

另一个关键优势，是简化的低成本制造工艺。传统的拓扑晶体绝缘体合成需要昂贵的超高真空设备，例如分子束外延（MBE）。研究团队设计了SnSe₀.₉Te₀.₁，使其在保持拓扑特性的同时降低敏感性，从而实现低成本溶液热分解合成。使其能够在手掌大小的6英寸晶圆上进行均匀生产，与现有的半导体工艺兼容，非常适合大规模制造。

该研究团队正在将这项技术扩展到8英寸或更大的晶圆制造平台，并集成光电探测器阵列和ASIC电路，以开发完整的传感器模块。

研究人员展示晶圆