異質混合集成光電器件研究領域取得新進展
【化工儀器網 項目成果】 隨著科技的不斷進步，光電技術的應用日益廣泛，從通信、醫療到消費電子等各個領域，光電器件都發揮著至關重要的作用。然而，隨著應用領域的不斷拓寬和深入，對光電器件的性能要求也越來越高。近年來，異質混合集成光電器件的研究成為了科研領域的熱點，暨南大學物理與光電工程學院(理工學院)教授關賀元、副教授楊鐵鋒、教授盧惠輝領銜的光波導混合集成與微納光電器件團隊在異質混合集成光電器件研究領域取得新進展。相關成果發表于《激光與光子學評論》(Laser & Photonics Reviews)。
異質混合集成光電器件是指將不同材料、不同性質的光電器件通過特定的方式集成在一起，形成一個具有新功能、高性能的光電器件系統。這種集成方式能夠充分發揮各種材料的優勢，彌補單一材料的不足，從而實現更加高效、穩定的光電轉換和探測。
在極端條件下，如強光、高溫、高壓等環境下，傳統光電器件的穩定性和可靠性會受到嚴重影響。而異質混合集成光電器件則能夠通過不同材料之間的互補作用，提高器件在極端條件下的穩定性和可靠性，從而滿足更多復雜環境下的應用需求。
傳統方法如減弱光強或增加自動增益控制雖能減輕致盲效應，但犧牲了器件的緊湊性。為解決這一難題，研究團隊在前期關于混合集成實現高性能光電子器件的研究基礎上，提出鐵電BaTiO3和層狀半導體MoS2異質混合集成策略，基于二次諧波產成(SHG)效應，顯著提升了器件在可見光及近紅外波段的光響應，彌補了單一材料的不足。
優化后的器件在極低輻照下表現出高光響應度(17402 A/W)，高光電流(570 μA)及超大線性動態范圍(152 dB)，性能位居層狀半導體集成探測器前列。電場與光場協同調控實驗結果揭示，BaTiO3與MoS2的互補作用是關鍵：BaTiO3的極化強度對電場和光場均敏感，能提供調控MoS2溝道的局域鐵電場，調節其費米能級與電導率，進而增強電信號。
該進展不僅為光電探測領域提供了新的解決思路，也為光電芯片的發展開辟了新的道路。通過異質集成技術，可以實現包含發射、調制和檢測在內的完整光子集成電路的晶圓級制造，為光電芯片在光譜、增強現實、量子技術等新興領域的應用提供了可能。
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