近日，郑州大学物理学院材料物理研究所在新型二维半金属红外探测研究方面取得积极进展，相关成果以题为“Phase-controlled van der Waals growth of wafer-scale 2D MoTe2 layers for integrated high-sensitivity broadband infrared photodetection”的论文发表在光学类顶级期刊《Light: Science & Applications》上。郑州大学为第一作者单位，青年教师吴翟教授为第一作者，李新建教授、美国加州大学曾龙辉研究员和苏州大学揭建胜教授为共同通讯作者。

具有宽波段红外探测能力的光电探测器在包括目标识别、成像、远程监测和气体传感等众多军事和民用领域均发挥着及其重要的作用。目前，基于窄带隙半导体的商用红外光电探测器受限于耗时的材料生长、复杂的器件加工工艺以及高能耗的低温工作条件。并且，探测器的集成化和微型化困难严重限制了红外探测器性能的提升和应用领域的拓展。新型二维拓扑半金属材料由于其无间隙电子结构和线性能量色散关系，而成为宽波段红外探测的理想材料。然而，目前制备的二维半金属产量低、微米级样品尺寸制约了其在高性能集成红外探测器中的应用。

本工作中，研究人员通过原位金属转化范德华生长法成功制备出2英寸级高质量二维1T’（半金属）和2H（半导体）相MoTe2样品。同时，利用该生长工艺在Si上合成了 II型Weyl半金属1T’-MoTe2，从而实现了1T’-MoTe2/Si垂直肖特基结的原位构建。该器件展现出高灵敏、自驱动、超宽波段探测性能，其探测波长覆盖了从深紫外265 nm至长波红外10.6 μm。同时，该探测器还展示出在中红外波段超过108 Jones的室温比探测率，优于大部分二维红外探测器和一些传统红外探测器。此外，研究人员进一步研制出8 × 8集成阵列器件，并应用于红外成像，在室温3.0 μm、4.6 μm和10.6 μm的红外光照射下，获得了对心形图案的高分辨率成像结果。出色的室温成像能力和良好的阵列器件性能均一性证实了它在室温中红外成像应用中的巨大前景。

该工作得到了国家自然科学基金和河南省自然科学基金的支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41377-022-01047-5#Sec8