拓扑绝缘体光电探测器研究进展

发布时间：2021-01-11 12:42

　　由于拓扑绝缘体具有优异的光学和电学特性以及特殊的能带结构,使其在发展高性能的宽光谱光电探测器方面具有巨大的前景。然而由于拓扑绝缘体的发现较晚,其在光电探测器领域的研究还处于初始阶段。因而存在许多亟待解决的问题,如制备更高质量的拓扑绝缘体材料。本综述概述了拓扑绝缘体材料的发展历程,并从材料制备和材料体系的角度阐述了基于拓扑绝缘体材料的光电探测器的研究进展,并展望了拓扑绝缘体材料在光电探测器领域的发展前景。 

【文章来源】：红外技术. 2020,42(01)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

SnTe材料结构及其光电探测器：(a)SnTe晶体结构示意图；(b)SnTe光导探测器；(c)场效应晶体管器件的响应率与通道长度的关系；(d)场效应晶体管器件的响应时间与通道长度的关系Fig.6SnTematerialstructureandphotodetectorsbasedonit:(a)SchematicdiagramofSnTecrystalstructure;(b)SnTephotocon-

在光电探测器领域的发展现状，这主要包括在光电探测器领域，拓扑绝缘体材料的制备现状，以及目前研究比较多的用于光电探测器的拓扑绝缘体材料的研究现状，揭示了拓扑绝缘体材料将在光电探测领域发挥着重要的作用。1拓扑绝缘体材料概述及其发展历程拓扑绝缘体材料是近年发现的一种特殊的材料，是一种新的量子物质态，其具有许多新奇的物理特性[3]。拓扑绝缘体完全不同于传统意义上的金属、绝缘体和半导体，传统固体材料按照其电子结构可以分为导体、半导体和绝缘体，然而拓扑绝缘体并不在这个分类中。如图1所示，拓扑绝缘体内部是有能隙的绝缘体，而表面则是具有受时间反演对称性保护的零带隙的金属表面态。与传统的半导体相比，当拓扑绝缘体的载流子获得的能量无法使其从体态的价带跃迁到导带时，则可以通过表面态来实现载流子的传输[4-5]。这种拓扑物态的研究是近10年来凝聚态物理领域内最为重要和快速发展的前沿热点之一，其影响力已从凝聚态物理研究辐射到整个物理学，乃至化学、材料学、信息学、生物学、电子技术、半导体技术、能源技术等广阔的领域。此外，拓扑物态的出现给我们带来了丰富的拓扑物性，例如：拓扑边界态、无耗散、非定域响应和拓扑保护等，其中有些特性是在以前的凝聚态物理研究中从未遇到的。这些全新拓扑物性的出现有望彻底颠覆我们现有的电子、信息和半导体技术，从而推动整个技术体系跨越式进步。这也是近10年来，欧美日等强国竞相加大拓扑物态研究，力争抢占该领域制高点的原因。拓扑绝缘体的发现要追溯到学者对霍尔效应的研究中，在1879年，美国物理学家霍尔发现了霍尔效应。在霍尔效应发现的100多年后，德国物理学家Klitzing等于1980年在极低温（1

的化学相[3]。此外，Bi1－xSbx的表面结构复杂，间隙狭窄。因此，Bi1－xSbx不适合研究和应用。随后科学家在优化三维拓扑绝缘体方面取得了更大的进步。然后出现了第二代三维拓扑绝缘体，主要包括Bi2Se3，Bi2Te3和Sb2Te3[13-14]。这些拓扑绝缘体的体带隙比较窄，并且结构简单，因此非常易于制备和研究。因而它们是目前使用最为广泛的拓扑绝缘体。第三代三维拓扑绝缘体被称为拓扑晶绝缘体，其体带隙与第二代类似，只是还存在一个受镜像对称保护的边界态。如图2所示，现在光电探测器领域所涉及的拓扑绝缘体材料也主要是第二代三维拓扑绝缘体Bi2Se3，Bi2Te3和Sb2Te3，以及第三代拓扑绝缘体SnTe[15]。下文将从材料的制备以及器件的研究情况阐述这些在光电探测领域研究最为广泛的几种拓扑绝缘体材料的发展现状。图2用于光电探测器的拓扑绝缘体材料Fig.2Topologicalinsulatormaterialsforphotodetectors

【参考文献】：
博士论文
[1]拓扑绝缘体材料的制备及其光学性能研究[D]. 吴杏华.中国地质大学 2018

硕士论文
[1]基于量子反常霍尔效应的器件的探索和研究[D]. 韦庞.北京邮电大学 2014



本文编号：2970786