異質(zhì)混合集成光電器件研究領域取得新進展
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】 隨著科技的不斷進步，光電技術的應用日益廣泛，從通信、醫(yī)療到消費電子等各個領域，光電器件都發(fā)揮著至關重要的作用。然而，隨著應用領域的不斷拓寬和深入，對光電器件的性能要求也越來越高。近年來，異質(zhì)混合集成光電器件的研究成為了科研領域的熱點，暨南大學物理與光電工程學院(理工學院)教授關賀元、副教授楊鐵鋒、教授盧惠輝領銜的光波導混合集成與微納光電器件團隊在異質(zhì)混合集成光電器件研究領域取得新進展。相關成果發(fā)表于《激光與光子學評論》(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)的光電器件通過特定的方式集成在一起，形成一個具有新功能、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，彌補單一材料的不足，從而實現(xiàn)更加高效、穩(wěn)定的光電轉換和探測。
在極端條件下，如強光、高溫、高壓等環(huán)境下，傳統(tǒng)光電器件的穩(wěn)定性和可靠性會受到嚴重影響。而異質(zhì)混合集成光電器件則能夠通過不同材料之間的互補作用，提高器件在極端條件下的穩(wěn)定性和可靠性，從而滿足更多復雜環(huán)境下的應用需求。
傳統(tǒng)方法如減弱光強或增加自動增益控制雖能減輕致盲效應，但犧牲了器件的緊湊性。為解決這一難題，研究團隊在前期關于混合集成實現(xiàn)高性能光電子器件的研究基礎上，提出鐵電BaTiO3和層狀半導體MoS2異質(zhì)混合集成策略，基于二次諧波產(chǎn)成(SHG)效應，顯著提升了器件在可見光及近紅外波段的光響應，彌補了單一材料的不足。
優(yōu)化后的器件在極低輻照下表現(xiàn)出高光響應度(17402 A/W)，高光電流(570 μA)及超大線性動態(tài)范圍(152 dB)，性能位居層狀半導體集成探測器前列。電場與光場協(xié)同調(diào)控實驗結果揭示，BaTiO3與MoS2的互補作用是關鍵：BaTiO3的極化強度對電場和光場均敏感，能提供調(diào)控MoS2溝道的局域鐵電場，調(diào)節(jié)其費米能級與電導率，進而增強電信號。
該進展不僅為光電探測領域提供了新的解決思路，也為光電芯片的發(fā)展開辟了新的道路。通過異質(zhì)集成技術，可以實現(xiàn)包含發(fā)射、調(diào)制和檢測在內(nèi)的完整光子集成電路的晶圓級制造，為光電芯片在光譜、增強現(xiàn)實、量子技術等新興領域的應用提供了可能。
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