光電探測器作為光信號與電信號轉換的關鍵器件，在通信、成像、雷達等領域發揮著重要作用。然而，現有的光電探測器存在諸多挑戰，如在寬帶探測方面存在局限性，尤其是在太赫茲頻段，這一頻段因其在安全檢查、環境監測等領域的獨特應用而備受關注。Weyl半金屬作為一種新興的拓撲量子材料，因其獨特的電子結構和高載流子遷移率，展現出巨大的應用潛力。NbNiTe?作為一種各向異性的Weyl半金屬，不僅在太赫茲頻段表現出色，還在可見光到近紅外波段展現出優異的光電探測性能，為解決寬帶光電探測難題提供了新思路。
據麥姆斯咨詢報道，近日，中國科學院上海技術物理研究所和中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所的研究團隊提出了一種基于各向異性Weyl半金屬NbNiTe?的超寬帶光電探測器，通過天線集成和異質結構工程實現了從可見光到太赫茲（THz）的高靈敏度探測。利用其拓撲量子材料特性和天線集成，基于NbNiTe?的光電探測器在太赫茲頻段展現出5.86 A/W的高響應度和0.83 μs的快速響應時間。通過結合NbNiTe?的非線性特性，研究團隊開發異相干實驗，展示了其在復雜信號處理中的多頻率太赫茲信號探測潛力。此外，NbNiTe?/MoS?異質結構光電探測器展現出從可見光到近紅外（NIR）波長范圍的寬帶響應，以及高達5.74的超高各向異性比。這項研究成果為下一代室溫寬帶光電探測器提供了可行的路徑，具有高靈敏度和各向異性特性。這項研究以“Ultrabroadband Photosensitivity and Frequency-Mixing in Anisotropic Weyl Semimetal NbNiTe2”為題發表在ACS Nano期刊上。
圖1 NbNiTe?的生長與表征
圖2 室溫下NbNiTe?器件的光電響應特性
為了進一步探索該材料優異的拓撲性能和光電響應特性，研究人員通系統探究了基于NbNiTe?的光電探測器的混頻性能，相關測試結果如圖3所示。
圖3 基于NbNiTe?的光電探測器在12 GHz和15 GHz下的多頻外差探測
NbNiTe?的半金屬特性可產生暗電流抑制對于光電探測器在可見光到紅外波段實現最佳器件性能至關重要。層狀NbNiTe?材料特別適合與如MoS?等低阻隔材料集成，以利用其光熱電效應在零偏壓下實現電荷分離并消除多余的熱噪聲。接著，研究人員對基于NbNiTe?/MoS?的光電探測器的光電性能進行了測試，相關結果如圖4所示。研究結果表明基于NbNiTe?/MoS?的光電探測器在可見光到近紅外波段表現出卓越的性能。同時，研究人員還探究了基于NbNiTe?的光電探測器和基于NbNiTe?/MoS?的光電探測器的各向異性光電特性，相關結果如圖5所示。
圖4 基于NbNiTe?/MoS?的光電探測器的光電性能
圖5 基于NbNiTe?的光電探測器和基于NbNiTe?/MoS?的光電探測器的各向異性光電特性
最后，研究人員展示了基于NbNiTe?的光電探測器和NbNiTe?/MoS?的光電探測器在成像系統中的應用潛力，通過構建成像系統，成功實現了高質量的圖像采集，相關結果如圖6所示。
圖6 基于NbNiTe?和NbNiTe?/MoS?的光電探測器成像應用
https://doi.org/10.1021/acsnano.5c11626
延伸閱讀：
《量子點光電傳感器專利態勢分析-2024版》
《蘋果在量子點光電傳感器領域的發明專利與產業布局分析》
《新興圖像傳感器技術及市場-2024版》
《自動駕駛及艙內感知應用的紅外相機技術及市場-2025版》
