可编程胶束模板电化学沉积合成介孔硫族半导体薄膜用于高性能光电探测器

来自国内的研究人员通过两亲性嵌段共聚物模板电化学沉积技术，开发了一种可编程、可扩展的介孔Bi2Se3(mBi2Se3)薄膜合成方法。该技术实现了孔径(13-30 nm)、孔隙率、厚度和结晶度的精确调控，所制备的mBi2Se3/Au/Si器件展现出6 mA W-1的响应度(R)、1013 Jones的探测率(D*)和106 cm2/W的灵敏度(S)，性能远超传统非多孔器件，为纳米级光学结构工程提供了新思路。

　　

表面形貌调控是提升化合物半导体光电探测器性能的关键手段。然而受限于制备工艺，此前研究多局限于微米或亚微米尺度结构。这项突破性研究采用两亲性嵌段共聚物(amphiphilic block copolymer)作为模板，通过精密的电化学沉积(electrochemical deposition)技术，成功制备出具有可编程特性的介孔Bi₂Se₃(mesoporous Bi₂Se₃, mBi₂Se₃)薄膜。研究人员实现了对孔径(13-30纳米)、孔隙率、薄膜厚度和结晶度等参数的精确调控，犹如在纳米尺度上"雕刻"出完美的球形介孔结构。

这种独特的纳米级界面结构产生了多级光散射效应，使器件性能获得质的飞跃。优化后的mBi₂Se₃/Au/Si器件展现出6毫安每瓦(mA W^-1)的响应度(responsivity, R)、10¹³ Jones的探测率(detectivity, D*)以及10⁶平方厘米每瓦(cm²/W)的灵敏度(sensitivity, S)，性能指标较传统非多孔器件提升数个数量级，在同类型器件中独占鳌头。这项研究将光学微纳结构工程推进至10纳米尺度，为同时实现高响应度、高探测率和快速响应的新一代光电探测器指明了方向，在高分辨率红外成像(infrared imaging)和实时图像识别等领域展现出广阔应用前景。