关于异质结中光响应温度依赖性的调节：载流子俘获与迁移率竞争动态的协同效应

《ACS Photonics》：Toward the Modulation of Temperature Dependence of Photoresponse in Heterojunctions: Synergistic Effects from Carrier Trapping and Mobility Competition Dynamics

本研究提出基于带工程的光电探测器异质结器件设计范式，通过调控载流子捕获-释放动力学与迁移率温度依赖性，实现光响应峰温度定向调控。实验表明，纯PbS器件在250K呈现显著光电流峰，集成石墨后峰温降低约50K，而Si/石墨异质结将峰温调控至<100K。

　　

光电探测器的最佳工作温度通常是由对噪声的抑制要求决定的，而不是为了获得最佳的光响应。由于材料特性的限制，同时优化噪声和光响应是困难的。异质结器件中的光栅效应提供了一种可能性，可以在不同的材料层中分别调节最佳工作温度以控制噪声和光响应。本研究提出了一种用于制造半导体异质结构的能带工程方法，通过系统的研究揭示了通过竞争性的载流子捕获-释放动态和温度依赖的迁移率变化来协同调节光响应峰值温度的机制，最终实现了对光响应峰值温度的方向性调控。实验结果表明，纯硫化铅器件在250 K时表现出明显的光电流峰值；而与石墨烯结合后，该峰值向更低温度方向移动了约50 K。对于锗/石墨烯异质结构，其较浅的陷阱能级促使载流子迁移率和陷阱释放速率之间更早达到平衡，从而将光响应峰值进一步移至超低温度（<100 K）。相比之下，由于硅的陷阱能级较深……