[发明专利]基于第二类外尔半金属二碲化钼的光探测器及其探测方法

说明书

本发明公开了一种基于第二类外尔半金属二碲化钼的光探测器及其探测方法。本发明采用二碲化钼纳米片作为光的探测材料，二碲化钼纳米片为零带隙材料，探测光谱范围广，并且不需要也不能外加偏压，在室温下具有灵敏的响应度；本探测器对偏振光方向敏感，可以用于偏振探测；本发明的探测器可用于红外成像、军事侦察、夜视镜等领域，在军用设备方面有着广阔的应用前景；另外需要特别指出的是，基于本材料的光探测器不需要提供偏置电压即可产生相当高的光电流响应，并且暗电流非常低，并且本发明的光探测器也不能够外加偏置电压，否则会产生本底电流，而且基于本材料的光探测器也不需要提供低温环境，这些将非常有助于探测器的微型化和经济化。

技术领域

本发明涉及光探测器，具体涉及一种基于第二类外尔半金属二碲化钼的光探测器及其探测方法。

背景技术

光探测器是一种将光信号转化为电信号的装置，能够将发光物体进行探测和成像，广泛运用于成像系统、军事侦探、森林防火、卫星遥感和远程通信等领域。光探测器一般利用半导体材料的光电导效应制成的光电转换器件。所谓光电导效应，是指半导体材料在吸收光辐射后材料的电导发生改变的一种物理现象。半导体材料的禁带宽度决定了光探测器的光探测波长范围。光子的能量只有大于半导体的禁带宽度时，半导体才会吸收光子产生电子空穴对，从而改变半导体材料的电导，产生光响应。所以半导体探测器只对某一特定波段的光信号有探测能力。

石墨烯是一种零带隙二维材料，由于其优异的电学和光学性能，如高导电率、高电子迁移率、高导热率、高硬度等特点，使得石墨烯成为一种常见的宽光谱光探测器材料。但是，由于石墨烯低光吸收率及极短的光生载流子寿命，限制了它在光探测方面的应用。

红外光电探测器件在军事、民用和科学研究方面具有非常重要的应用。在红外光探测方面，以碲镉汞、硒化铅等为代表的材料由于自身的诸多优点在红外光电探测器的发展中起到了至关重要的作用，至今仍然是重要的战略战术应用中首选的材料体系。然而，由于碲镉汞等材料需要在低温环境(如液态氮降温)下才可以正常工作，硒化铅等材料需要施加偏置电压(电池甚至于市电供电)才能够正常工作，因此，他们的使用受到了很大程度的限制。

众所周知，材料体系按照其电子能带结构的不同可以划分为金属和绝缘体。近年来的研究表明，绝缘体可以进一步细分为平庸绝缘体和拓扑绝缘体。拓扑绝缘体表现出与一般绝缘体完全不一样的量子现象与物性，例如：拓扑保护的表面态、反弱局域化、量子自旋、反常霍尔效应等等。因此从被发现后，拓扑绝缘体立即成为了凝聚态物理、材料科学中的一大热点研究领域。拓扑绝缘体的一个重要特性是，小的微扰对其拓扑不会有影响，这就使得人们可以定义绝缘体的拓扑性质(也就是说，只要这个微扰不关闭绝缘体的能隙，绝缘体的拓扑性质就不会发生改变)。近年来人们发现了一类特别的金属体系，它们的低能激发可以用粒子物理中的2分量狄拉克方程即外尔方程来描述，因此这类材料体系被称为外尔半金属。外尔半金属虽然没有能隙，但是仍然具有拓扑非平庸行为。这些新奇的量子效应将为这些新材料带来诸多意想不到的新功能。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于第二类外尔半金属二碲化钼的光探测器及其探测方法。

本发明的一个目的在于提出一种基于第二类外尔半金属二碲化钼的光探测器。

根据所探测光束的大小不同，本发明的光探测器采用不同的结构；如果探测的光束比较小，只覆盖探测器的一端，那么两个金属电极只需分别在二碲化钼纳米片的两端即可；如果探测光束比较大，覆盖探测器的两端，那么分别在二碲化钼纳米片两端的两个金属电极需采用功函数不同的两种金属。