由于拓撲絕緣體具有優(yōu)異的光學和電學特性以及特殊的能帶結(jié)構(gòu),使其在發(fā)展高性能的寬光譜光電探測器方面具有巨大的前景。然而由于拓撲絕緣體的發(fā)現(xiàn)較晚,其在光電探測器領域的研究還處于初始階段。因而存在許多亟待解決的問題,如制備更高質(zhì)量的拓撲絕緣體材料。本綜述概述了拓撲絕緣體材料的發(fā)展歷程,并從材料制備和材料體系的角度闡述了基于拓撲絕緣體材料的光電探測器的研究進展,并展望了拓撲絕緣體材料在光電探測器領域的發(fā)展前景。 

【文章來源】：紅外技術. 2020,42(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

SnTe材料結(jié)構(gòu)及其光電探測器：(a)SnTe晶體結(jié)構(gòu)示意圖；(b)SnTe光導探測器；(c)場效應晶體管器件的響應率與通道長度的關系；(d)場效應晶體管器件的響應時間與通道長度的關系Fig.6SnTematerialstructureandphotodetectorsbasedonit:(a)SchematicdiagramofSnTecrystalstructure;(b)SnTephotocon-

在光電探測器領域的發(fā)展現(xiàn)狀，這主要包括在光電探測器領域，拓撲絕緣體材料的制備現(xiàn)狀，以及目前研究比較多的用于光電探測器的拓撲絕緣體材料的研究現(xiàn)狀，揭示了拓撲絕緣體材料將在光電探測領域發(fā)揮著重要的作用。1拓撲絕緣體材料概述及其發(fā)展歷程拓撲絕緣體材料是近年發(fā)現(xiàn)的一種特殊的材料，是一種新的量子物質(zhì)態(tài)，其具有許多新奇的物理特性[3]。拓撲絕緣體完全不同于傳統(tǒng)意義上的金屬、絕緣體和半導體，傳統(tǒng)固體材料按照其電子結(jié)構(gòu)可以分為導體、半導體和絕緣體，然而拓撲絕緣體并不在這個分類中。如圖1所示，拓撲絕緣體內(nèi)部是有能隙的絕緣體，而表面則是具有受時間反演對稱性保護的零帶隙的金屬表面態(tài)。與傳統(tǒng)的半導體相比，當拓撲絕緣體的載流子獲得的能量無法使其從體態(tài)的價帶躍遷到導帶時，則可以通過表面態(tài)來實現(xiàn)載流子的傳輸[4-5]。這種拓撲物態(tài)的研究是近10年來凝聚態(tài)物理領域內(nèi)最為重要和快速發(fā)展的前沿熱點之一，其影響力已從凝聚態(tài)物理研究輻射到整個物理學，乃至化學、材料學、信息學、生物學、電子技術、半導體技術、能源技術等廣闊的領域。此外，拓撲物態(tài)的出現(xiàn)給我們帶來了豐富的拓撲物性，例如：拓撲邊界態(tài)、無耗散、非定域響應和拓撲保護等，其中有些特性是在以前的凝聚態(tài)物理研究中從未遇到的。這些全新拓撲物性的出現(xiàn)有望徹底顛覆我們現(xiàn)有的電子、信息和半導體技術，從而推動整個技術體系跨越式進步。這也是近10年來，歐美日等強國競相加大拓撲物態(tài)研究，力爭搶占該領域制高點的原因。拓撲絕緣體的發(fā)現(xiàn)要追溯到學者對霍爾效應的研究中，在1879年，美國物理學家霍爾發(fā)現(xiàn)了霍爾效應。在霍爾效應發(fā)現(xiàn)的100多年后，德國物理學家Klitzing等于1980年在極低溫（1

的化學相[3]。此外，Bi1－xSbx的表面結(jié)構(gòu)復雜，間隙狹窄。因此，Bi1－xSbx不適合研究和應用。隨后科學家在優(yōu)化三維拓撲絕緣體方面取得了更大的進步。然后出現(xiàn)了第二代三維拓撲絕緣體，主要包括Bi2Se3，Bi2Te3和Sb2Te3[13-14]。這些拓撲絕緣體的體帶隙比較窄，并且結(jié)構(gòu)簡單，因此非常易于制備和研究。因而它們是目前使用最為廣泛的拓撲絕緣體。第三代三維拓撲絕緣體被稱為拓撲晶絕緣體，其體帶隙與第二代類似，只是還存在一個受鏡像對稱保護的邊界態(tài)。如圖2所示，現(xiàn)在光電探測器領域所涉及的拓撲絕緣體材料也主要是第二代三維拓撲絕緣體Bi2Se3，Bi2Te3和Sb2Te3，以及第三代拓撲絕緣體SnTe[15]。下文將從材料的制備以及器件的研究情況闡述這些在光電探測領域研究最為廣泛的幾種拓撲絕緣體材料的發(fā)展現(xiàn)狀。圖2用于光電探測器的拓撲絕緣體材料Fig.2Topologicalinsulatormaterialsforphotodetectors

【參考文獻】：
博士論文
[1]拓撲絕緣體材料的制備及其光學性能研究[D]. 吳杏華.中國地質(zhì)大學 2018

碩士論文
[1]基于量子反常霍爾效應的器件的探索和研究[D]. 韋龐.北京郵電大學 2014



本文編號：2970786