铁电测试在光电器件中的应用广泛且深入,主要体现在以下几个方面:
一、提升光电探测器性能
局域场增强效应:
低维材料结合:基于铁电材料中较高的极化电场和低维材料纳米尺度的优势,铁电材料可以作为栅介质层产生局域极化电场,调控沟道材料的载流子浓度,从而抑制暗电流并显著提高光电晶体管的性能。例如,利用铁电聚合物P(VDF-TrFE)薄膜的超高铁电极化场,可以实现InP NWs通道内固有载流子的完全耗尽,显著降低暗电流并提高光电探测器的灵敏度。
具体实例:Hu等人通过侧栅结构利用P(VDF-TrFE)薄膜作为介质层制备的InP和CdS单根纳米线晶体管,能够在负向极化状态下有效抑制暗电流,InP纳米线光电器件在830nm的入射光照射下获得了高达4.2×10⁵的光电导增益和2.8×10⁵AW⁻¹的响应率,探测率高达9.1×10¹⁵Jones。
新型光电探测器开发:
双效增强型铁电光伏器件:开发双效增强型铁电光伏器件为自供电光伏器件的潜在发展方向提供了新的设计思路。例如,Nan Ma开发的pv-热释电双效应自供电光电探测器,在光照和温度变化下具有稳定的光致信号和光电性能,可为pv-热释电双效应提供可观的电输出。
二、拓展光电器件功能
宽光谱响应:
铁电材料还可以基于自身的热释电效应制备性能优异的红外热探测器,实现宽光谱响应。例如,利用铁电材料P(VDF-TrFE)的热释电特性和二维半导体材料MoS2的光电导特性,开发了具有超宽光谱(375nm~10μm)响应的光电探测器。
多功能集成:
在“后摩尔”时代,与CMOS工艺兼容的高性能集成光电探测器是实现硅光集成和物联网等前沿应用的重要组成部分。二维材料和铁电材料的结合不仅实现了小尺寸、多功能和快速响应的探测器件,还引发了新奇的物理现象。
三、具体应用领域
红外探测:
利用铁电材料的热释电性质,可制作红外探测器、红外监视器和热成像系统等。例如,将石墨烯转移到铌酸锂(LiNbO3)上,通过沉积浮动栅的工艺得到基于石墨烯的中波红外探测器,实现了在室温下对12μm中红外信号的探测。
光电开关与调制:
利用铁电材料的电光性质,可制作激光电光开关、光偏转器和光调制器等。这些器件在光通信和光信息处理领域具有重要应用。
总结
铁电测试在光电器件中的应用不仅提升了光电探测器的性能,还拓展了光电器件的功能和应用领域。通过结合铁电材料的独特性质与低维材料的优势,研究者们不断探索和开发新型光电器件,以满足日益增长的科技需求。