近日，鄭州大學物理學院材料物理研究所在新型二維半金屬紅外探測研究方面取得積極進展，相關成果以題為“Phase-controlled van der Waals growth of wafer-scale 2D MoTe2 layers for integrated high-sensitivity broadband infrared photodetection”的論文發表在光學類頂級期刊《Light: Science & Applications》上。鄭州大學為第一作者單位，青年教師吳翟教授為第一作者，李新建教授、美國加州大學曾龍輝研究員和蘇州大學揭建勝教授為共同通訊作者。

具有寬波段紅外探測能力的光電探測器在包括目標識別、成像、遠程監測和氣體傳感等眾多軍事和民用領域均發揮著及其重要的作用。目前，基于窄帶隙半導體的商用紅外光電探測器受限于耗時的材料生長、復雜的器件加工工藝以及高能耗的低溫工作條件。并且，探測器的集成化和微型化困難嚴重限制了紅外探測器性能的提升和應用領域的拓展。新型二維拓撲半金屬材料由于其無間隙電子結構和線性能量色散關系，而成為寬波段紅外探測的理想材料。然而，目前制備的二維半金屬產量低、微米級樣品尺寸制約了其在高性能集成紅外探測器中的應用。

本工作中，研究人員通過原位金屬轉化范德華生長法成功制備出2英寸級高質量二維1T’（半金屬）和2H（半導體）相MoTe2樣品。同時，利用該生長工藝在Si上合成了 II型Weyl半金屬1T’-MoTe2，從而實現了1T’-MoTe2/Si垂直肖特基結的原位構建。該器件展現出高靈敏、自驅動、超寬波段探測性能，其探測波長覆蓋了從深紫外265 nm至長波紅外10.6 μm。同時，該探測器還展示出在中紅外波段超過108 Jones的室溫比探測率，優于大部分二維紅外探測器和一些傳統紅外探測器。此外，研究人員進一步研制出8 × 8集成陣列器件，并應用于紅外成像，在室溫3.0 μm、4.6 μm和10.6 μm的紅外光照射下，獲得了對心形圖案的高分辨率成像結果。出色的室溫成像能力和良好的陣列器件性能均一性證實了它在室溫中紅外成像應用中的巨大前景。

該工作得到了國家自然科學基金和河南省自然科學基金的支持。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41377-022-01047-5#Sec8