紅外探測器在工業、安全、搜救、醫學成像、監視、科學研究、氣象、氣候學和天文學等各個領域都有廣泛的應用。目前，高性能紅外成像技術主要依賴于高質量外延材料，如小帶隙合碲鎘汞 (MCT)、InAs/GaSb II 型超晶格 (T2SL) 和量子阱 (QWIP)。然而，這些系統在低溫下運行，需要昂貴且笨重的低溫系統，這對實現快速和緊湊的紅外檢測系統的提出了挑戰。因此，設計一種低噪聲電流的紅外光電探測器對于提高器件的工作溫度、減輕紅外探測系統的冷卻負擔具有重要意義。

近日，重慶研究院微納制造與系統集成研究中心在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上發表了題為“Ultralow-Noise MoS₂/Type II Superlattice Mixed-Dimensional van der Waals Barrier Long-Wave Infrared Detector”的研究進展，該論文提出了一種MoS₂/II型超晶格混合維范德華勢壘長波紅外探測器 (Mixed-vdWH) ，利用 MoS₂ 的高價帶勢壘有效抑制多粒子擴散。混合勢壘使暗電流顯著降低了兩個數量級，同時在高溫下保持了良好的噪聲抑制性能。該長波器件在 77 K 時品質因數 (D*) 達到 4×10¹⁰ cm·Hz^1/2。這種集成策略將二維層狀材料的獨特性能與傳統 3D 半導體材料的成熟加工技術相結合，為其大規模集成提供了一種有前途的策略。

圖1 器件結構示意圖和材料表征結果

重慶研究院博士研究生肖磊為論文的第一作者，孫泰高級工程師為通訊作者。該研究工作為實現高集成，高靈敏、多色，低功耗的第三代的新型光電探測系統設計提供理論依據和技術手段，得到了國家自然科學基金、中國科學院“西部之光”計劃等支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c00956