近日，鄭州大學(xué)物理學(xué)院材料物理研究所在新型二維半金屬紅外探測研究方面取得積極進(jìn)展，相關(guān)成果以題為“Phase-controlled van der Waals growth of wafer-scale 2D MoTe2 layers for integrated high-sensitivity broadband infrared photodetection”的論文發(fā)表在光學(xué)類頂級(jí)期刊《Light: Science & Applications》上。鄭州大學(xué)為第一作者單位，青年教師吳翟教授為第一作者，李新建教授、美國加州大學(xué)曾龍輝研究員和蘇州大學(xué)揭建勝教授為共同通訊作者。

具有寬波段紅外探測能力的光電探測器在包括目標(biāo)識(shí)別、成像、遠(yuǎn)程監(jiān)測和氣體傳感等眾多軍事和民用領(lǐng)域均發(fā)揮著及其重要的作用。目前，基于窄帶隙半導(dǎo)體的商用紅外光電探測器受限于耗時(shí)的材料生長、復(fù)雜的器件加工工藝以及高能耗的低溫工作條件。并且，探測器的集成化和微型化困難嚴(yán)重限制了紅外探測器性能的提升和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展。新型二維拓?fù)浒虢饘俨牧嫌捎谄錈o間隙電子結(jié)構(gòu)和線性能量色散關(guān)系，而成為寬波段紅外探測的理想材料。然而，目前制備的二維半金屬產(chǎn)量低、微米級(jí)樣品尺寸制約了其在高性能集成紅外探測器中的應(yīng)用。

本工作中，研究人員通過原位金屬轉(zhuǎn)化范德華生長法成功制備出2英寸級(jí)高質(zhì)量二維1T’（半金屬）和2H（半導(dǎo)體）相MoTe2樣品。同時(shí)，利用該生長工藝在Si上合成了 II型Weyl半金屬1T’-MoTe2，從而實(shí)現(xiàn)了1T’-MoTe2/Si垂直肖特基結(jié)的原位構(gòu)建。該器件展現(xiàn)出高靈敏、自驅(qū)動(dòng)、超寬波段探測性能，其探測波長覆蓋了從深紫外265 nm至長波紅外10.6 μm。同時(shí)，該探測器還展示出在中紅外波段超過108 Jones的室溫比探測率，優(yōu)于大部分二維紅外探測器和一些傳統(tǒng)紅外探測器。此外，研究人員進(jìn)一步研制出8 × 8集成陣列器件，并應(yīng)用于紅外成像，在室溫3.0 μm、4.6 μm和10.6 μm的紅外光照射下，獲得了對心形圖案的高分辨率成像結(jié)果。出色的室溫成像能力和良好的陣列器件性能均一性證實(shí)了它在室溫中紅外成像應(yīng)用中的巨大前景。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金和河南省自然科學(xué)基金的支持。

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