【原】光电探测器|日本丰田中心研发实验室首次公开了一种全固态波长依赖型双极光电探测器，具有响应速度快和波长可调谐特性

丰田中心研发实验室的研究人员首次公开了一种全固态波长依赖型双极光电探测器(WBPD)，具有响应速度快和波长可调谐特性。相关研究成果发表在《Applied Physics Expres》杂志上。
图为全固态WBPD器件的结构示意图，图中说明了材料对短波长光子的吸收强于对长波长光子的吸收

研究意义

日本丰田研发中心的Takashi Ikuno和Masaki Hasegawa在其最新的研究报告中表示：由入射光波长决定光电流方向的光电传感器是新型光逻辑门、颜色传感器和光催化剂的一个重要组成部分。然而，现有的WBPD器件是基于液体电解质的，其响应速度太慢，不足以满足未来光电器件和逻辑门电路对更高响应速率的需求。

基于此，Ikuno 和Hasegawa首次开发了一种全固态WBPD器件，该光电探测器不仅具有极高的响应速率，还具有波长开关可调谐特性。

现有WBPD器件

在现有的WBPD器件中，具有开关特性的电流极性是由器件不同材料的光学特性差异引起的。但由于液体电解质中载流子迁移率较低，使得当前WBPD器件的响应速率较慢。

对于光电器件来说，未来的发展趋势是加大对更快响应速率的需求。全固态WBPD器件比电解质材料的WBPD器件拥有更多的优势：具有更高的响应速率和波长开关可调谐特性。

全固态WBPD器件原理

为了提高新型光电探测器的响应速率，日本丰田中心研发实验室的研究人员使用前后表面均做了氧化处理和硫化处理的二硫化钨薄膜展示了他们的新方法。半导体薄膜前后表面的能带结构有增大或减小的能力，这使得其能带结构可以呈U型或者倒U型，因此半导体薄膜可承载波长依赖型的光电流。

研究人员还利用了半导体材料中波长与光子穿透深度的依赖关系：短波长的光子比长波长光子更容易被材料吸收，因此，短波长的光子对前表面的激发电子分布作用更大，而长波长的光子对材料更深层处的激发电子分布作用更大。考虑到漂移和扩散过程，长波长和短波长的入射光引起的电流方向是相反的。