創(chuàng)新點(diǎn)：浙江大學(xué)徐楊課題組結(jié)合電荷耦合器件(CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像技術(shù)的彼此優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于全二維吸收/介質(zhì)/讀出范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)(vdWs)的電荷采樣光電探測(cè)器。

光電探測(cè)器陣列是圖像傳感器中的關(guān)鍵部件。CMOS圖像傳感器由于其簡(jiǎn)單的制造工藝、低功耗和隨機(jī)存取讀出而具有低成本和高速度的優(yōu)點(diǎn)，因此成為了當(dāng)前商業(yè)市場(chǎng)的主流。相比之下，基于電荷耦合器件（CCD）的光電檢測(cè)以其高分辨率、大靈敏度和低噪聲為優(yōu)勢(shì)。然而，復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)、破壞性和順序讀出方法是擴(kuò)展其應(yīng)用場(chǎng)景的主要原因。因此，下一代圖像技術(shù)應(yīng)該結(jié)合傳統(tǒng)圖像傳感器的優(yōu)點(diǎn)，并解決這兩種技術(shù)中存在的瓶頸。

浙江大學(xué)徐楊教授、俞濱教授與南京大學(xué)王肖沐教授開(kāi)展合作，在該項(xiàng)研究中結(jié)合了電荷耦合器件(CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于全二維吸收/介質(zhì)/讀出范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)(vdWs)的電荷采樣光電探測(cè)器。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Advanced Optical Materials上。

在吸收層中產(chǎn)生的光電荷存儲(chǔ)在范德華異質(zhì)結(jié)區(qū)的勢(shì)阱中，這使得電荷積分過(guò)程之后可以進(jìn)行弱信號(hào)檢測(cè)和成像。然后，讀出層中的晶體管以高填充因子的隨機(jī)存取方式無(wú)損地映射出收集的電荷。所演示的光電探測(cè)器同時(shí)結(jié)合了CCD和CMOS圖像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并具有三個(gè)主要特點(diǎn)：

(a)通過(guò)在2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生勢(shì)阱來(lái)實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)檢測(cè)；

(b)利用2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)晶體管的器件內(nèi)跨導(dǎo)增益，實(shí)現(xiàn)了高靈敏度光探測(cè)。

(c)讀出層和光吸收層的物理分離為設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了額外的自由度，確保了器件的高填充因子、非破壞性讀出和隨機(jī)存取。

此項(xiàng)研究將會(huì)為基于全二維范德華材料的光電研究帶來(lái)新的啟發(fā)，并為后摩爾時(shí)代光電器件前沿探索提供新的思路。

論文信息：

Charge Sampling Photodetector based on van der Waals Heterostructures

Jiachao Zhou, Lingfei Li, Akeel Qadir, Hanxi Li, Jianhang Lv, Khurram Shehzad, Xinyi Xu,

Lixiang Liu, Feng Tian, Wei Liu, Li Chen, Li Yu, Xin Su, Srikrishna Chanakya Bodepudi, Huan Hu, Yuda Zhao, Bin Yu*, Xiaomu Wang*, and Yang Xu*

Advanced Optical Materials

DOI: 10.1002/adom.202201442

原文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adom.202201442

（來(lái)源： AdvancedScienceNews）