二維（2D）材料因其獨特的性質，如高靈敏度、快速響應時間、小尺寸特征以及與柔性透明器件集成的緊湊性，在光電探測器領域展現出顯著優勢。基于二維材料的光電探測器發展的重要目標是實現寬帶光電探測。通過實現寬帶光電探測器，可實現使用單個器件探測寬光譜范圍的光學信號，這為器件功能和系統集成提供了廣闊前景。但寬帶二維光電探測器的發展仍面臨一些挑戰。一方面，如帶隙寬度和吸收特性等材料的固有性質，可能限制光電探測器在某些波長波段的性能。另一方面，當前的寬帶光電探測器通常在特定波長波段表現良好，但無法在整個寬帶響應范圍內持續保持高性能。除了材料性質的調整，二維光電探測器的光響應還可以通過具有增強光-物質相互作用能力的諧振納米結構進一步增強。與納米結構耦合的二維光電探測器可以實現高于1013 Jones的探測率和超過10? A/W的響應度，比沒有納米結構的本征器件高一到三個數量級。這些納米結構的局限性在于它們只支持一種或幾種窄帶諧振，將增強的光譜范圍限制在窄帶內。因此，迫切需要一種能夠支持寬帶連續光響應增強的諧振機制，以實現高性能寬帶二維光電探測器。
據麥姆斯咨詢報道，近日，廣東工業大學的研究團隊提出了一種構建等離子體增強二維光電探測器的方法，該探測器具有超寬帶增強，探測范圍超過1700 nm，覆蓋可見光和近紅外光譜。所構建的等離子體二維光電探測器在超過400 nm的光譜范圍內，探測率高于101? Jones，響應度接近或超過10? A/W。此外，所使用的等離子體納米結構可以通過濺射直接制備，無需復雜的圖案化過程，使其在構建寬帶等離子體二維光電探測器方面具有可擴展性和高效性。憑借在寬帶光電探測方面的卓越性能，所提出的方法為高性能寬帶二維光電探測器提供了一條有前景的途徑，并促進了其在實際應用中的發展。這項研究以“Promoting Two-Dimensional Photodetectors Using a Plasmonic Nanofilm with an Ultrabroad Enhancement Band beyond 1700 nm in the Visible–NIR Range”為題發表在ACS Photonics期刊上。
光電探測器是機器的“眼睛”，使其能夠清晰地感知周圍環境。為了確保機器能夠準確探測周圍環境，增強光電探測器的光響應至關重要，從而防止在低光照場景中出現“夜盲癥”（如圖1）。在這項研究中，二維光電探測器的寬帶增強是通過專門設計的等離子體納米結構實現的。通常，等離子體納米結構支持兩種增強光響應的機制，即局部電場增強和熱載流子注入（如圖2a），這為構建高性能二維光電探測器帶來了有前景的潛力。圖2展示了等離子體納米結構的工作機制及表征。
為確保增強型二維光電探測器的性能，需要初步優化等離子體島膜的參數，相關模擬優化結果如圖3所示。結果顯示，等離子體島膜在可見光到近紅外波段均支持明顯的電場增強，其中近紅外波段的局部增強甚至強于可見光波段。
基于上述寬帶等離子體島膜，研究人員通過圖4a展示的制造工藝構建了高性能的寬帶增強二維光電探測器。隨后，研究人員對該等離子體二維光電探測器進行了表征，結果如圖4所示。結果表明，等離子體納米結構在可見光至近紅外波段的寬光譜范圍內引起了明顯吸收增強。
為了評估所制備的等離子體二維光電探測器的光電探測性能，研究人員對其響應度和探測率進行了表征，并與原始二維材料光電探測器進行了比較，相關結果如圖5所示。
為了表征等離子體二維光電探測器的寬帶增強效果，研究人員還在寬光譜范圍內對有無等離子體島膜的二維光電探測器進行了全面比較，相關結果如圖6所示。
https://doi.org/10.1021/acsphotonics.5c00430
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