近紅外（NIR）光電探測器作為光通信、生物成像、安防監測與遙感系統的核心器件，對高響應度、低暗電流與CMOS兼容集成提出了日益嚴苛的需求。硅基光電探測器憑借成熟工藝、高穩定性與低成本優勢，成為規模化應用的主流選擇。然而，硅本征1.12 eV帶隙限制其在1100 nm附近近紅外波段的吸收與響應能力，傳統鍺、III?V族化合物異質集成方案又面臨晶格失配、界面缺陷與工藝不兼容等瓶頸，難以實現高性能與高可靠性的協同。黑硅（B?Si）通過飛秒激光誘導形成尖錐微結構與硫摻雜，引入亞帶隙缺陷態，顯著增強近紅外光捕獲能力，成為突破硅本征吸收限制的有效途徑。但黑硅制備過程引入的高密度表面缺陷會大幅提升暗電流，加劇載流子復合損失，制約器件綜合性能提升。如何在強化近紅外響應的同時有效抑制暗電流，成為黑硅基近紅外探測器實用化的核心難題。
據麥姆斯咨詢報道，近日，電子科技大學與中國科學院重慶綠色智能技術研究院的科研團隊提出了一種PtTe?/黑硅異質結界面工程策略，將II型狄拉克半金屬PtTe?薄膜與黑硅p?i?n二極管集成。PtTe?憑借高功函數、高載流子遷移率與優異界面適配性，在異質結界面誘導能帶彎曲、強化內建電場，高效分離與收集光生載流子；同時作為表面鈍化層修復黑硅缺陷，抑制復合與暗電流。實驗結果表明，PtTe?/黑硅探測器在1064 nm實現0.64 A/W響應率，較傳統硅探測器提升146%，比探測率達3.54×1011 Jones，兼具高靈敏、低噪聲與快速響應特性，為CMOS兼容高性能近紅外探測提供全新解決方案。相關研究成果以“PtTe? interface engineering for enhanced near-infrared photoresponse in black silicon photodetectors”為題發表在InfoMat期刊上。
器件設計與工作機制
圖1 PtTe?/黑硅光電探測器的工作原理
研究人員通過模擬其電場分布和光響應特性分析了PtTe?/黑硅異質結，相關結果如圖2所示。PtTe?與黑硅因功函數差異形成肖特基結，界面處能帶向上彎曲，構建強內建電場。光照下，黑硅通過陷光與亞帶隙躍遷高效吸收近紅外光子，產生電子?空穴對；在內建電場與反向偏壓協同作用下，空穴快速轉移至PtTe?層，電子向n區漂移，實現載流子高效分離與收集，大幅提升光電流。同時，PtTe?薄膜作為高質量鈍化層，填充黑硅表面缺陷態，阻斷非輻射復合中心，顯著降低暗電流。該設計將界面電場強化與表面缺陷鈍化雙重效應耦合，從原理上解決高響應與低暗電流的固有權衡難題，實現近紅外探測性能協同提升。
圖2 模擬PtTe?/黑硅異質結的電場和光響應特性
光電探測性能表征
圖5 PtTe?/黑硅光電探測器在1064 nm光照下的光電性能
https://doi.org/10.1002/inf2.70138
《銦鎵砷（InGaAs）光電探測器專利態勢分析-2025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》
《量子點光電傳感器專利態勢分析-2024版》
《紅外熱成像與傳感技術及市場-2025版》
《短波紅外、中波紅外和制冷型紅外成像-2025版》
《汽車級長波紅外攝像頭產品對比分析-2025版》
《汽車紅外攝像頭技術及市場-2024版》
《邁來芯MEMS遠紅外熱電堆傳感器MLX90632產品分析》
《自動駕駛及艙內感知應用的紅外相機技術及市場-2025版》
《高光譜和多光譜成像技術、應用和市場趨勢-2025版》
