范德华层状材料的光吸收和迁移率等物理性质优越，已经被广泛用于光电探测器及太阳能电池的制备，但是他们的应用领域受限于带隙，扩展范德华层状材料光电探测器的探测波长可以极大丰富这些器件的功能和应用。缺陷在半导体材料中扮演重要的角色，对于具有大的表面积-体积比的范德华层状材料来说影响更大。对于范德华层状材料光电探测器，大多数报道的深能级缺陷表现为复合中心或者束缚中心，这些缺陷对材料的光吸收过程没有影响。而由缺陷局域态诱导的非本征光电导效应可以拓宽范德华层状材料光电探测器的探测波段，使其具有更丰富的应用场景。在传统的探测器中，基于非本征光电导效应的非本征光电探测器拓展探测波段的研究在长波红外天文探测应用领域具有十分重要的意义，比如，非本征Si基探测器的探测波段被拓展至短波红外甚至是长波红外。但是到目前为止，还没有在范德华层状材料光电探测器中观测到非本征探测波长扩展现象。针对上述问题，针对性地研究了GeS/GeSe材料的非本征掺杂。GeS/GeSe是新型具有自身偏振选择的二维材料，它们的截止波长均在1.1 µm之前。通过第一性原理计算我们得知材料内引入空位可以实现深能级杂质带，然后在材料的生长过程中，控制源含量实现了GeS/GeSe内锗空位形成，并以此实现了深能级杂质带的构造，突破了材料的探测波长至1.6 µm，并在1.31 µm波段内实现了激光主动成像。该成果以题为“Extrinsic photoconduction induced short-wavelength infrared photodetectors based on Ge-based chalcogenides”发表在 Small,17, 2006765 (2021).

图1. 空位型GeSe材料能带结构及器件拓展波长光电探测能力。

完成人：贺婷、李庆、胡伟达（胡伟达教授工作室）

学术影响：Small,17, 2006765 (2021)