a, 石墨烯/1Tʹ-MoTe₂/Si 肖特基结器件的示意图。b, 在宽光谱带内对脉冲光照明的时间依赖性光反应特性。c, Gr/1Tʹ-MoTe₂/Si 肖特基结器件与其他器件的室温特定检测率比较。资料来源：吴迪、郭晨光、曾龙辉、任晓燕、石志峰、文龙、陈琴、张萌、李新健、单崇信和揭建生

从短波、中波到长波的多个红外（IR）区域的探测在从科学研究到广泛的技术应用等不同领域发挥着重要作用，包括目标识别、成像、远程监测和气体感应。目前，最先进的红外光电探测器主要由传统的窄带隙半导体主导，包括In1-xGaxAs、InSb和Hg1-xCdxTe，分别在短波红外（SWIR，1-3微米）、中波红外（MWIR，3-6微米）和长波红外（LWIR，6-15微米）光谱段工作。

值得注意的是，这些光电探测器不仅依赖于原材料的高温生长过程和复杂的加工技术，而且还受到低温冷却条件下的耗时和高功耗的影响。此外，还有一些剩余的技术挑战，如互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容性差，模块体积大，效率低，严重限制了这些探测器的广泛应用。

在发表在《光科学与应用》上的一篇新论文中，郑州大学的吴迪教授和李新建教授、加州大学圣地亚哥分校的曾龙辉博士和苏州大学的揭建生教授展示了一条便捷的热辅助碲化路线，用于晶圆级相控二维MoTe2层的范德华（vdW）生长。二类Weyl半金属1T′-MoTe2层被直接沉积在预制的Si衬底上，在原位制造出1T'-MoTe2/Si垂直肖特基结。高质量的肖特基结界面和带有石墨烯电极的垂直器件结构确保了有效的载流子传输并减少了载流子的重组，使该探测器实现了高达10.6微米的超宽带探测范围和在中红外区域超过108琼斯的室温特定探测率。晶圆规模的二维MoTe2层也使集成器件阵列能够成功实现高分辨率、非制冷的中红外成像。

在这项研究中，作为前驱体的预沉积Mo薄膜通过直接热辅助碲化过程的vdW生长机制被转化为二维MoTe2层。事实上，MoTe2的相变高度依赖于生长时间。通过控制生长时间，分别获得了2英寸的2H和1Tʹ- MoTe2层，且均匀性良好。凭借便捷和可扩展的热辅助碲化策略，二维MoTe2层的厚度可以通过调整初始Mo膜厚度来精确定制。

a 基于单像素的红外成像系统示意图。b 室温下10.6μm下的 "LWIR "图案的红外成像。c 基于器件阵列的红外成像测量示意图。d 8×8 1Tʹ-MoTe₂/Si肖特基结器件阵列的照片。e-g 3.0、4.6和10.6μm下的 "心脏 "图案的成像结果分别。资料来源：吴迪、郭晨光、曾龙辉、任晓燕、石志峰、文龙、陈琴、张萌、李新健、单崇信、揭建生

大面积二维MoTe2层的vdW生长为开发高灵敏度的光电器件提供了更大的灵活性。有鉴于此，通过在预制的Si基底上原位生长1Tʹ-MoTe2层，开发了1Tʹ-MoTe2/Si垂直肖特基结器件。为了确保有效的载流子收集，单层石墨烯被选作与1Tʹ-MoTe2层的顶部透明接触。该光电探测器展示了高灵敏度的自供电超宽带探测性能，探测范围高达10.6微米，在中红外（MIR）范围内的室温比探测率很大，超过108琼斯。所获得的室温特定探测率优于大多数基于二维材料的红外探测器和一些商业探测器。

鉴于光电探测器卓越的红外探测能力，我们进一步探索了Gr/1Tʹ-MoTe2/Si肖特基结器件的室温红外成像。在室温下10.6微米的红外光照下，从单个检测器中获得了电流对比度超过10的大电流图案和尖锐边缘的光电流映射图像。此外，大规模均匀的二维MoTe2层使我们能够制造出一个8×8的1Tʹ-MoTe2/Si肖特基结器件阵列，用于红外成像应用。

在MIR激光照射下，暴露和未暴露的像素的电流之间的巨大差异导致了高分辨率的心形图像，在室温下3.0、4.6和10.6微米的激光照射下，电流比分别为100、68和51。如此优秀的室温成像能力和良好的器件阵列均匀性使这一发现在近红外成像应用中具有巨大的前景。与硅技术兼容的二维MoTe2层的晶圆级生长显示了下一代片上硅CMOS系统的巨大潜力，具有低功耗和低成本的生产。

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