(a) La configuración para la determinación del comportamiento de transporte dependiente del ángulo. (b) Dependencia angular de la fotocorriente del dispositivo a Vds =0,5 V y Vds =1 V, respectivamente. (c) Vista superior y vista lateral del orbital contribuyente a la fotocorriente. La flecha roja indica el ángulo de polarización de la luz θ. (d) El cálculo del transporte cuántico de la fotocorriente con diferentes ángulos polarizados θ para voltajes de polarización de ± 0,5 V y ± 1,0 V, cuando se irradia la luz de la longitud de onda de 800 nm. Crédito:Science China Press
Los fotodetectores sensibles a la polarización (PSPD) tienen aplicaciones importantes tanto en áreas militares como civiles. Sin embargo, Los PSPD comerciales actuales requieren la ayuda de dispositivos ópticos como polarizadores y retardadores de fase para captar la información de polarización de la luz. Sigue siendo una ardua tarea realizar PSPD sin filtros. Científicos de China y Corea del Sur preparan el β-InSe en capas estable y logran PSPD sin filtro de alto rendimiento con una relación anisotrópica de alta fotocorriente de 0,70.
Para extraer la información de polarización de la luz incidente, Los fotodetectores sensibles a la polarización (PSPD) tienen importantes aplicaciones prácticas tanto en áreas militares como civiles, como bioimágenes, Sensores remotos, Vision nocturna, y miras montadas en casco para pilotos de combate. Los filtros ópticos combinados con polarizadores suelen ser necesarios para que los fotodetectores tradicionales realicen la detección de luz polarizada. Pero esto aumentará el tamaño y la complejidad de los dispositivos.
Para obtener una PSPD de tamaño pequeño, nanomateriales unidimensionales (1D) con anisotropía geométrica, como nanocables, nanocintas y nanotubos, se han utilizado como materiales sensibles para las PSPD, que puede identificar directamente la información de polarización de la luz incidente sin filtros ópticos ni polarizadores. Sin embargo, No es una tarea fácil diseñar e integrar estos nanocanales 1D para la producción en masa de PSPD.
Los semiconductores bidimensionales (2D) en capas atómicas con baja simetría cristalina tienen un gran potencial en los micro-nano PSPD recientemente debido a sus propiedades anisotrópicas intrínsecamente en el plano. Por ejemplo, SnS, ReS 2 , GeS 2 , GeAs 2 , El AsP y el fósforo negro (BP) exhiben un comportamiento obvio de anisotropía en el plano en el transporte de portadores, conductividad térmica, conductividad eléctrica, procesos de transporte termoeléctrico y absorción óptica. Tienen aplicaciones potenciales en fotodetectores sensibles a la polarización, láseres ultrarrápidos de polarización, transistores de efecto de campo de polarización y sensores de polarización. Entre ellos, Los PSPD basados en BP tienen la relación de anisotropía de fotocorriente más alta de 0,59, beneficiándose de su alta movilidad del portador y la fuerte anisotropía en el plano proveniente de la estructura de cristal de panal fruncido de baja simetría.
Pero los dispositivos optoelectrónicos basados en BP tienen un difícil problema de degradación ambiental. Seleniuro de indio en capas 2D (InSe), que también tiene una alta movilidad de portador y es más estable que BP en un entorno atmosférico, tienen aplicaciones potenciales en dispositivos optoelectrónicos y electrónicos de alto rendimiento. Además, Las propiedades ópticas y electrónicas anisotrópicas de InSe en capas 2D se demostraron en 2019. En particular, InSe crystal tiene tres politipos específicos, que están en β, γ, y fases ε, respectivamente. Entre ellos, InSe en fase γ y fase ε pertenecen a grupos de simetría. Solo el InSe en fase β (β-InSe) pertenece al grupo de puntos de no simetría, indicando que β-InSe exhibe mejores propiedades optoelectrónicas anisotrópicas que los otros dos politipos.
Para lograr PSPD de alto rendimiento con buena estabilidad, El equipo de investigación de dispositivos optoelectrónicos avanzados dirigido por el profesor Han Zhang de la Universidad de Shenzhen prepara el β-InSe en capas 2D de tipo p estable mediante el método de gradiente de temperatura. La naturaleza anisotrópica de la β-InSe fue revelada por Raman de resolución angular. La intensidad de los modos vibracionales fuera del plano y en el plano exhibe variaciones periódicas pronunciadas con el ángulo de polarización de las excitaciones. Adicionalmente, La buena estabilidad de las escamas de β-InSe y sus dispositivos FET se demostró mediante una medición de AFM de larga duración y una prueba de rendimiento eléctrico de repetición múltiple.
Los resultados experimentales están de acuerdo con los cálculos teóricos de que hay un fuerte transporte anisotrópico y una fotorrespuesta sensible a la polarización en las escamas de β-InSe de capas 2D. La relación anisotrópica de fotocorriente del fotodetector β-InSe alcanza 0,70, que ocupa un lugar destacado entre los PSPD basados en materiales 2D únicos. El fuerte Raman anisotrópico, Las propiedades de transporte y fotorrespuesta de la β-InSe tienen aplicaciones potenciales en fotodetectores sensibles a la polarización sin filtro.
