二维半导体上的高性能偏振敏感光电探测器

偏振敏感光电探测器 (PSPD) 在和民用领域都有重要应用。然而，目前商用的 PSPD 需要借助偏振器和相位延迟器等光学器件来获取光的偏振信息。实现无滤波器PSPD仍然是一项艰巨的任务。来自和韩国的科学家制备了稳定的层状 β-InSe，并实现了具有 0.70 高光电流各向异性比的高性能无过滤器 PSPD。

为了提取入射光的偏振信息，偏振敏感光电探测器(PSPD)在和民用领域都有重要的实际应用，如生物成像、遥感、夜视和战斗机飞行员头盔式瞄准器。传统的光电探测器通常需要滤光片与偏光片结合来实现偏振光检测。但这会增加设备的尺寸和复杂性。

为了获得小尺寸的 PSPD，具有几何各向异性的一维 (1D) 纳米材料，如纳米线、纳米带和纳米管，已被用作 PSPD 的敏感材料，可以直接识别入射光的偏振信息，无需任何光学滤光片和偏光片。然而，将这些一维纳米通道图案化和集成以大规模生产 PSPD 并不是一件容易的事。

由于其固有的面内各向异性特性，具有低晶体对称性的原子层状二维 (2D) 半导体最近在微纳米 PSPD 中具有巨大潜力。例如，SnS、ReS 2、GeS 2、GeAs 2、AsP 和黑磷 (BP) 在载流子传输、热导率、电导率、热电传输和光吸收过程中表现出明显的面内各向异性行为。它们在偏振敏感光电探测器、偏振超快激光器、偏振场效应晶体管和偏振传感器中具有潜在的应用。其中，BP 基 PSPD 具有最高的光电流各向异性比为 0.59，这得益于其高载流子迁移率和来自低对称褶皱蜂窝状晶体结构的强大面内各向异性。

但是基于 BP 的光电器件有一个困难的环境退化问题。二维层状硒化铟(InSe)也具有高载流子迁移率，在大气环境中比BP更稳定，在高性能光电和电子器件中具有潜在应用。此外，2D 层状 InSe 的各向异性光学和电子特性在 2019 年得到证明。值得注意的是，InSe 晶体具有三种特定的多型，分别处于 β、γ 和 ε 相。其中，γ相和ε相的InSe属于对称群。只有 β 相中的 InSe (β-InSe) 属于非对称点群，表明 β-InSe 表现出比其他两种多型体更好的各向异性光电特性。

为了获得高性能且稳定性好的PSPD，深圳大学张涵教授领导的先进光电器件研究团队通过温度梯度法制备了稳定的p型二维层状β-InSe。角分辨拉曼揭示了 β-InSe 的各向异性性质。面外和面内振动模式的强度随着激发的偏振角表现出明显的周期性变化。此外，长时间的原子力显微镜测量和多次重复的电性能测试证明了 β-InSe 薄片及其 FET 器件的良好稳定性。

该实验结果都与理论计算吻合良好，有二维层状β-InSe系片状强各向异性运输和偏振敏感的光响应。β-InSe光电探测器的光电流各向异性比达到0.70，在基于单一2D材料的PSPD中名列前茅。β-InSe 的强各向异性拉曼、传输和光响应特性在无滤光片偏振敏感光电探测器中具有潜在应用。

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