红外探测器在工业、安全、搜救、医学成像、监视、科学研究、气象、气候学和天文学等各个领域都有广泛的应用。目前，高性能红外成像技术主要依赖于高质量外延材料，如小带隙合碲镉汞 (MCT)、InAs/GaSb II 型超晶格 (T2SL) 和量子阱 (QWIP)。然而，这些系统在低温下运行，需要昂贵且笨重的低温系统，这对实现快速和紧凑的红外检测系统的提出了挑战。因此，设计一种低噪声电流的红外光电探测器对于提高器件的工作温度、减轻红外探测系统的冷却负担具有重要意义。
近日，重庆研究院微纳制造与系统集成研究中心在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上发表了题为“Ultralow-Noise MoS2/Type II Superlattice Mixed-Dimensional van der Waals Barrier Long-Wave Infrared Detector”的研究进展，该论文提出了一种MoS2/II型超晶格混合维范德华势垒长波红外探测器 (Mixed-vdWH) ，利用 MoS2 的高价带势垒有效抑制多粒子扩散。混合势垒使暗电流显著降低了两个数量级，同时在高温下保持了良好的噪声抑制性能。该长波器件在 77 K 时品质因数 (D*) 达到 4×1010 cm·Hz1/2。这种集成策略将二维层状材料的独特性能与传统 3D 半导体材料的成熟加工技术相结合，为其大规模集成提供了一种有前途的策略。
图1 器件结构示意图和材料表征结果
重庆研究院博士研究生肖磊为论文的第一作者，孙泰高级工程师为通讯作者。该研究工作为实现高集成，高灵敏、多色，低功耗的第三代的新型光电探测系统设计提供理论依据和技术手段，得到了国家自然科学基金、中国科学院“西部之光”计划等支持。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c00956