摘要：大家好，今天为大家分享一篇2025年发表在Light-science & Applications的文献，题目为“Bipolar-barrier tunnel heterostructures for high-sensitivity mid-wave inf

大家好，今天为大家分享一篇2025年发表在Light-science & Applications的文献，题目为“Bipolar-barrier tunnel heterostructures for high-sensitivity mid-wave infrared photodetection”。本文的第一作者是Fakun Wang, 本文的通讯作者是QiJie Wang。

本文提出一种基于双极性势垒架构的黑磷（BP）/二硫化钼（MoTe₂）/黑磷隧道异质结构，结合金反射镜，实现室温下高灵敏度中波红外（MWIR）光电探测。MWIR光电探测器在夜视、医疗诊断等领域应用广泛，但高暗电流和低光学吸收限制其性能，尤其在室温下，因此开发能在室温下可靠运行的高灵敏度MWIR光电探测器成为目标。

该异质结构由BP/MoTe₂/BP集成在金反射镜上组成，BP层分顶部BP（BPt）和底部BP（BPb），作为MWIR光活性层；MoTe₂层作为双极性势垒层，阻挡热激发和偏置诱导的载流子泄漏；金反射镜通过干涉效应增强光学吸收，且BP和MoTe₂之间形成I型能带对齐，有效阻挡暗电流。

性能优化方面，FDTD模拟显示BPt和BPb总厚度约150nm时吸收最大（约90%），MoTe₂层最佳厚度约20-30nm；双极性势垒结构有效降低暗电流，暗电流由扩散和生成-复合（G-R）机制主导，受表面氧化引起的陷阱态影响；光生载流子通过陷阱辅助的光控门效应高效隧穿，提高光电导增益，负偏压下异质结构有优异线性光电响应，增益随光强增加而降低。实验结果显示，室温下该异质结构实现高比探测率、高响应度和外量子效率，噪声等效功率（NEP）低，信噪比高，且展示稳定黑体辐射响应。该结构通过调整2D材料带隙可扩展至可见光、近红外和长波红外区域实现多波段检测，结合不同带隙2D材料可实现偏置控制的多波段检测或宽带光谱重建。

本文提出的双极性势垒BP/MoTe₂/BP隧道异质结构，通过优化电学和光学性能，实现室温下高灵敏度MWIR光电探测，具有优异比探测率和响应度，在黑体辐射检测中也有潜力，为下一代先进红外光电设备发展提供新途径。

图1 双极势垒隧穿异质结构设计与器件优化

图2 双极势垒异质结的暗电流机制

图3 双极势垒隧穿异质结构的光响应特性

图4 双极势垒隧穿异质结构的黑体响应

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来源：凯视迈精密测量