紫外光電探測器在目標跟蹤、火災預警、環境檢測等領域具有重要的應用價值。然而，目前主流的固態紫外光電探測器主要依賴于寬禁帶半導體材料，如氮化鎵、氧化鎵等，但這些材料在高質量外延生長及p型摻雜等關鍵工藝方面仍面臨挑戰，限制了紫外光電探測器的發展。因此，探索基于新材料和新結構的紫外光探測技術，突破材料帶隙的限制具有十分重要的意義。
近日，復旦大學光電研究院/材料科學系褚君浩院士團隊王建祿教授、黃海青年研究員，聯合方曉生教授在國際重要學術期刊Nature Communications發表研究論文，報道了一種基于勢壘調控的新型深紫外光探測器。研究團隊設計并制備了二維范德華異質結器件光電探測器，器件采用具有高遷移率和低暗電流的少層二硫化鉬材料作為電荷傳輸層，寬光譜響應的石墨烯作為光吸收層，并在二者之間引入六方氮化硼作為勢壘介質層。通過光譜響應與界面勢壘高度測量，發現器件的光譜響應截止波長由界面勢壘高度決定，而非傳統的材料帶隙。這一發現突破了半導體材料帶隙對光譜選擇性的限制，實現了基于常規帶隙半導體材料紫外光的選擇性探測，為規避材料生長與摻雜工藝瓶頸提供了全新策略。 該器件在250 nm紫外光照（光強1μW/cm²）下，表現出高達4.4×10? A·W?¹的光響應率和1.4×10¹? cm·Hz?¹/²·W?¹的探測率，器件對450 nm可見光的抑制比（R250/R450）超過10?。這一性能遠優于眾多寬禁帶半導體紫外光電探測器。憑借超高探測靈敏度，該器件可用于高精度紫外功率測量，其最小可探測紫外輻射強度低至0.1 μW/cm2，相比現有基于熱探測機制的商業功率計，靈敏度提升了一個量級。此外，該器件還可以應用于日照紫外強度測量、電弧放電監測和火焰探測等領域。研究團隊通過實驗驗證，基于該器件測量的日照紫外指數與氣象機構發布的數據高度吻合，進一步驗證其在實際應用中的可行性。 值得注意的是，該研究還探索了勢壘調控光電探測方案的普適性。研究團隊利用不同的光吸收層、介質層及電荷傳輸層材料制備器件，進一步拓展了該技術的適用范圍。其中，光吸收層可替換為金屬薄膜（金、鈀等），勢壘層可替換為原子層沉積生長的氧化鋁等，電荷傳輸層也可替換為二硫化錸等其他性能優異的二維半導體材料。通過調節材料功函數實現界面勢壘高度調控，研究團隊成功將器件的光譜響應截止波長從450 nm縮短至300 nm，實現了日盲紫外的選擇性探測。這一成果不僅驗證了勢壘調控機理的廣泛適用性，也為進一步優化器件性能、開發大規模紫外光電探測器陣列奠定了重要基礎。 復旦大學光電研究院博士生李湘和青年副研究員李自清為論文共同第一作者，王建祿教授、黃海青年研究員和方曉生教授為論文通訊作者。研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市科學技術委員會科技創新行動計劃項目的支持。 原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56886-8
圖1. (a)勢壘調控的紫外光探測器響應率、探測率與入射光強的關系；(b)與寬帶隙半導體紫外光電探測器的性能參數對比；(c)不同時刻的日照紫外光譜測量結果；(d)測得的紫外指數數值與氣象數據（虛線）對比 （來源：復旦大學光電研究院）
