異質(zhì)混合集成光電器件研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】 隨著科技的不斷進(jìn)步，光電技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，從通信、醫(yī)療到消費(fèi)電子等各個(gè)領(lǐng)域，光電器件都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬和深入，對(duì)光電器件的性能要求也越來(lái)越高。近年來(lái)，異質(zhì)混合集成光電器件的研究成為了科研領(lǐng)域的熱點(diǎn)，暨南大學(xué)物理與光電工程學(xué)院(理工學(xué)院)教授關(guān)賀元、副教授楊鐵鋒、教授盧惠輝領(lǐng)銜的光波導(dǎo)混合集成與微納光電器件團(tuán)隊(duì)在異質(zhì)混合集成光電器件研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于《激光與光子學(xué)評(píng)論》(Laser & Photonics Reviews)。
異質(zhì)混合集成光電器件是指將不同材料、不同性質(zhì)的光電器件通過(guò)特定的方式集成在一起，形成一個(gè)具有新功能、高性能的光電器件系統(tǒng)。這種集成方式能夠充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)單一材料的不足，從而實(shí)現(xiàn)更加高效、穩(wěn)定的光電轉(zhuǎn)換和探測(cè)。
在極端條件下，如強(qiáng)光、高溫、高壓等環(huán)境下，傳統(tǒng)光電器件的穩(wěn)定性和可靠性會(huì)受到嚴(yán)重影響。而異質(zhì)混合集成光電器件則能夠通過(guò)不同材料之間的互補(bǔ)作用，提高器件在極端條件下的穩(wěn)定性和可靠性，從而滿(mǎn)足更多復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用需求。
傳統(tǒng)方法如減弱光強(qiáng)或增加自動(dòng)增益控制雖能減輕致盲效應(yīng)，但犧牲了器件的緊湊性。為解決這一難題，研究團(tuán)隊(duì)在前期關(guān)于混合集成實(shí)現(xiàn)高性能光電子器件的研究基礎(chǔ)上，提出鐵電BaTiO3和層狀半導(dǎo)體MoS2異質(zhì)混合集成策略，基于二次諧波產(chǎn)成(SHG)效應(yīng)，顯著提升了器件在可見(jiàn)光及近紅外波段的光響應(yīng)，彌補(bǔ)了單一材料的不足。
優(yōu)化后的器件在極低輻照下表現(xiàn)出高光響應(yīng)度(17402 A/W)，高光電流(570 μA)及超大線(xiàn)性動(dòng)態(tài)范圍(152 dB)，性能位居層狀半導(dǎo)體集成探測(cè)器前列。電場(chǎng)與光場(chǎng)協(xié)同調(diào)控實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示，BaTiO3與MoS2的互補(bǔ)作用是關(guān)鍵：BaTiO3的極化強(qiáng)度對(duì)電場(chǎng)和光場(chǎng)均敏感，能提供調(diào)控MoS2溝道的局域鐵電場(chǎng)，調(diào)節(jié)其費(fèi)米能級(jí)與電導(dǎo)率，進(jìn)而增強(qiáng)電信號(hào)。
該進(jìn)展不僅為光電探測(cè)領(lǐng)域提供了新的解決思路，也為光電芯片的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路。通過(guò)異質(zhì)集成技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)包含發(fā)射、調(diào)制和檢測(cè)在內(nèi)的完整光子集成電路的晶圓級(jí)制造，為光電芯片在光譜、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、量子技術(shù)等新興領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。
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