上海光学精密机械研究所----上海光机所在光学操控实现金属-半导体边缘接触方面取得进展

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超强激光科学卓越创新简报

(第七百三十二期)

2025年11月28日

上海光机所在光学操控实现金属-半导体边缘接触方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所光电前沿交叉部王俊研究员团队在利用光学操控技术实现金属-半导体边缘接触方面取得进展。相关研究成果以“Optical Manipulation-Prepared Edge-Contacted MoTe₂-NbS₂ Heterojunction Photodetectors for High-Performance, Self-Powered, and Consistent Broadband Detection”为题，作为封底文章发表于Small。

2D材料已被广泛用于制备各种光电子器件。然而，由于二维材料的超薄特性，器件性能易受二维材料与金属接触界面影响。尽管顶部接触结构因制备工艺简单而最为常用，但范德瓦尔斯间隙的存在会导致传统金属-2D半导体界面出现接触稳定性差等问题，严重制约器件性能。相比之下，边缘接触构型凭借强轨道杂化、无肖特基势垒和降低的隧穿势垒等优势，可实现更高效的电子注入能力和更低的接触电阻。然而，传统的边缘接触方案工艺复杂，加工过程可能伴随材料的损伤，并且材料长时间暴露于不可控环境导致会器件性能衰退。探索新的具有快速、经济、高精度的方案，将为高性能光电探测器的制备带来更多可能性，推动光电探测技术向前发展。

研究人员提出，通过脉冲激光诱导干燥衬底表面纳米片产生定向位移，可以实现半导体与金属的边缘接触。利用飞秒激光成功驱动MoTe₂和NbS₂在衬底上的可控移动，通过结合干法转移技术和光操控技术，成功制备了与金属电极边缘接触的异质结MoTe₂-NbS₂异质结光电探测器。

进一步的，对探测器的光电性能进行表征。在边缘接触构型下，器件的全部光电流均源于结区贡献，在900 nm波长处实现了2 A/W的响应度、1.3×10⁸ Jones的比探测率及278%的外量子效率。得益于异质结内建电场对光生载流子的高效分离，该探测器表现出超快响应特性，上升/下降时间为30/46 μs，响应带宽达5.4 kHz。值得关注的是，器件在280–1380 nm宽光谱范围内均展现出优异的光响应性能，且在280–1200 nm区间内响应度保持稳定，该特性有助于简化光谱标定过程，实现多波长同步探测，降低系统集成复杂度。相比之下，顶部接触构型因响应区域局限于金属-半导体接触区，肖特基势垒导致的载流子输运限制使其响应速度显著降低至秒量级。