中科院苏州纳米所张凯

xiangli

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)