中科院苏州纳米所张凯

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张凯，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员，博士生导师，课题组长。2004年，2007年在湖北大学分别获得物理学学士和材料学硕士学位；2011年获香港理工大学博士学位。2009-2011年期间在麻省理工学院任研究助理；2011-2015年任新加坡国立大学博士后研究员；2015年1月通过中科院“百人计划”研究员岗位答辩并报院“百人计划”办公室备案。主要致力于石墨烯、氮化硼等二维材料化学气相沉积生长；石墨烯-氮化硼系统及其光电性能研究；二维材料在微纳光电子器件，环境、生物传感检测等应用方面的研究。已在Nature Communications、Nano Letters、Advanced Functional Materials、Lab on a Chip等国际知名学术期刊发表论文20余篇，获授权国际和中国专利2项。应邀为Chemistry of Materials, Biosensors & Bioelectronics, Journal of Applied Physics等学术期刊审稿。



简历：
姓 名:张凯        
性    别:男
职 务:
职    称:研究员
学 历:博士研究生        
通讯地址:江苏省苏州市工业园区若水路398号
电 话:
邮政编码:215123
传 真:
电子邮件:
　　
研究领域：
　　1. 二维材料CVD生长（石墨烯、氮化硼等）；
　　2. 石墨烯-氮化硼系统及其光电性能研究；
　　3. 基于二维材料的新型微纳光电子器件与应用。

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窄带隙二维半导体及其光电子器件应用

Narrow-gap 2D semiconductors for IR and THz Optoelectronics

张凯

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，苏州工业园区若水路398号

kzhang2015@sinano.ac.cn

窄带隙半导体及其带间跃迁、子带级联器件构筑推动了红外、太赫兹技术的发展，在国防安全、生物医疗、环境、通信等领域发挥着重要的作用。伴随着器件小型化、低功耗、CMOS兼容集成的发展趋势以及宽光谱、室温工作等性能突破的需要，该领域主流技术瓶颈越来越突出，主要体现在器件的复杂结构、外延成本、与硅工艺的兼容性等局限。二维材料的兴起，尤其是窄带隙二维半导体的研究为高性能红外、太赫兹光电子器件的发展带来了契机。近些年，我们从材料设计、能带工程、输运性质调节、表面等离激元等方面着手，探究了以黑磷为典型代表的新型窄带隙二维半导体材料生长及其红外和太赫兹光电器件应用，获得的进展包括：（1）通过成核点设计实现了介质基底上高质量黑磷薄片的直接生长，并发展了原子取代和场效应诱导等掺杂路径，获得了黑磷能带及输运性能的调控1-4；（2）利用石墨烯/氮化硼异质结、石墨烯纳米点阵、石墨烯/超材料复合体系等结构设计构筑，获得了红外-太赫兹波段表面等离激元器件的宽频动态调谐和局域场增强5-8；（3）黑磷等窄带隙二维半导体于红外、太赫兹室温宽光谱探测器、激光器的应用探索与性能突破9-11。

关键词：二维材料；光电器件；窄带隙半导体；红外；太赫兹；表面等离激元

参考文献：

【1】      K. Zhang et al, Nature Communications4,2681 (2013)

【2】      Y. Xu, K. Zhang*, et al., Advanced Functional Materials 27,1702211 (2017)

【3】      Z. Cheng, Y. Gao, K. Zhang*, et al.,Advanced Materials 30, 1707433(2018)

【4】      X. Wu, G. Wu, K. Zhang*, et al.,Nature Communications, Accepted(2018)

【5】      K. Zhang et al., Advanced Functional Materials 24, 731(2014)

【6】      K. Zhang et al., Small 12, 1302 (2016)

【7】      C. Chen, K. Zhang* et al., Optics Express 25, 23302 (2017)

【8】      C. Chen, K. Zhang*, et al.., Optics Letters 43, 3630 (2018)

【9】      Y. Xu, K. Zhang*, et al, Small 12, 5000 (2016)

【10】  Y. Ge, K. Zhang*, et al, Journal of Materials Chemistry C 5,6129 (2017)

【11】  J. Yang, W. Yu, K. Zhang*, et al.,Small, DOI: 10.1002/smll.201802598(2018)

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2019优秀青年科学基金项目-新型低维窄带隙光电材料与器件
批准号        61922082        学科分类        新型信息器件 ( F0408 )
项目负责人        张凯        负责人职称                依托单位        中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
资助金额        120.00万元        项目类别        优秀青年科学基金项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2022 年 12 月 31 日

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碲化铅（PbTe）是一种带隙为0.32 eV的直接窄带隙半导体，由于其具有优异的光电性能，在红外光电子领域具有潜在的应用优势。然而碲化铅是岩盐结构的非层状材料，通过传统的外延方法难以得到高质量的二维碲化铅纳米片，这限制了其在实际中的进一步应用。在这篇工作中，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张凯等利用范德华外延生长模式，采用低成本的化学气相沉积法通过温度精确调控PbTe的生长模式，成功制备了利于高集成的超薄高结晶性二维PbTe纳米片。所生长的PbTe纳米片最薄为7 nm，横向尺寸几十微米。基于二维PbTe纳米片制备的光电探测器件，表现出优异的红外光电探测性能，室温下在1550 nm波段可达到3847 A/W的超高响应率。这项工作表明二维PbTe纳米片具有开发高性能微型红外光电器件的巨大潜力，也为进一步推进PbTe在其他方面的广泛应用奠定了基础。

Xinxin Zhao, Qing Yin, Hao Huang, Qiang Yu, Bo Liu, Jie Yang, Zhuo Dong, Zhenjiang Shen, Benpeng Zhu, Lei Liao & Kai Zhang*. Van der Waals epitaxy of ultrathin crystalline PbTe nanosheets with high near-infrared photoelectric response. Nano Res. 2020, https://doi.org/ 10.1007/s12274-020-2834-5.