光电探测器是光电系统的核心组件，广泛应用于通信和成像等领域，其中硅基探测器凭借成熟工艺与高性价比长期占据主导地位。然而硅材料固有的带隙限制了其光谱响应范围，难以满足现代新兴技术对宽带探测的需求。近年来，具有优异光电特性的二维材料脱颖而出，其范德华层状结构使其能够与硅无缝集成，形成无晶格失配限制的混合维度异质结。其中二碲化钼凭借丰富的相变特性和可调电子学性质，成为构建该类高性能异质结探测器的理想材料。

尽管二碲化钼/硅异质结展现出良好的探测前景，但现阶段其性能的进一步提升仍面临严峻挑战。传统平整表面器件在实际应用中会产生显著的光学损失，高表面反射率严重制约了器件的响应度与实用价值。为了解决这一瓶颈，研究人员正致力于引入金字塔状织构化硅衬底等表面工程策略。通过微结构的陷光效应降低反射率并增强光吸收，已成为当前克服光学损失、构筑高性能范德华异质结探测器的关键研究方向。

针对上述问题，由电子科技大学等组成的团队利用泽攸科技的DMD无掩膜光刻机进行了系统研究，团队通过引入表面微纳金字塔结构的陷光效应大幅降低光学反射损耗，成功原位构筑出高性能的1T'-二碲化钼/金字塔状硅混合范德华异质结光电探测器。

研究团队首先聚焦于如何解决高质量二维材料制备以及降低器件表面光学反射损耗的核心问题。他们通过磁控溅射技术在二氧化硅/硅衬底上先沉积薄膜，随后在管式炉中进行精细的碲化处理，成功通过原位热转化方法制备出高质量的1T'-二碲化钼薄膜。后续的形态学与结构表征表明，反应后薄膜厚度明显增加了3.1倍，拉曼光谱中清晰可见的典型特征峰充分证实了其向1T'-二碲化钼相的完全转变。与此同时，团队利用各向异性湿法刻蚀工艺成功在硅表面构筑了平均基底尺寸为2微米的微尺度金字塔结构。反射光谱测试与时域有限差分模拟数据共同证实，该金字塔结构在400至1600纳米的宽波段内展现出强大的陷光效应，成功将820纳米波长处的反射率由平整表面的35%大幅降至约15%，实现了31%的光吸收率增强，为高性能光电异质结的构筑提供了理想的物理结构基础。

图1 材料表征

图2 器件的电学特性

明确了高性能材料与结构的制备工艺后，如何通过精密微纳加工实现高质量异质结器件的完整构筑成为下一个核心课题。研究团队基于二氧化硅/硅衬底设计并执行了精密的器件加工全流程，其中核心的异质结区域定义严格依托于高精度的图形化工艺。团队采用由泽攸科技研发的DMD无掩膜光刻机进行数字化光刻工艺，在衬底上精准定义出目标异质结的具体反应区域。在图形定义完成后，利用反应离子刻蚀技术去除该区域内的二氧化硅层以暴露出硅衬底。针对金字塔异质结器件，在进行湿法刻蚀以产生金字塔微结构后，团队再次使用反应离子刻蚀切除了边缘处的二氧化硅桥接，这一关键步骤确保了后续工艺中薄膜的连续性。最后结合光刻与热蒸发技术在结区外围成功沉积铬/金顶电极，最终完成了高性能光电探测器器件的完整构筑。

图3 器件的光电响应特性

图4 器件的瞬态响应

完成器件构筑后，接触界面的物理质量及内在电学整流机理成为了研究人员重点探讨的核心科学问题。研究团队在暗态条件下对平整表面异质结器件与金字塔表面异质结器件的电流-电压特性进行了系统评估。实验数据表明，两类器件均展现出极其优异的单向导电和整流行为，在正负5伏电压下的整流比分别高达4.3×10⁴和4.5×10⁴，这一高整流比处于同行领先水平，有力印证了器件界面极高的构筑质量。经过针对接触特性的专门测试，数据证实该整流效应完全源于二碲化钼与硅形成的异质结界面而非电极接触。通过分析提取的界面物理参数显示，平整与金字塔器件的肖特基势垒高度分别为0.616电子伏特和0.612电子伏特，理想因子分别为3.6和2.9，这种高度接近且优异的电学势垒特征进一步表明，金字塔表面工程在大幅增强光吸收的同时并未破坏异质结的优异界面质量。

图5 在1550纳米波长下的光电响应

图6 光电流成像映射

研究内容的最终落脚点在于全面评估器件在实际应用中的各项关键光电探测指标以及阵列化成像能力。在850纳米波长的入射光照射下，得益于微纳陷光结构带来的吸收增益，金字塔器件在820纳米处的响应度高达451毫安每瓦，相较于平整表面器件实现了31%的显著提升。不仅如此，该器件还展现出极高的探测灵敏度，在零偏压的自驱动工作模式下特定探测度可达7.80×10¹¹ Jones，并拥有162分贝的超大线性动态范围和4微秒的超快响应速度。器件的光谱响应特征成功覆盖了400至1550纳米的宽阔波段，且在空气中存放两个月后未见任何明显的性能衰减，展现出极佳的长期稳定性。为了将研究推向实用化，团队进一步构筑了8x8的探测器阵列，各像素单元在暗态和光照下均表现出极高的电流均匀性，并通过特定的镂空掩膜成功清晰重构出了目标字母的电流分布图像，有力论证了其在下一代高性能宽带成像系统中的应用潜力。

图7 单像素成像

泽攸科技ZML系列是基于DMD的无掩膜光刻机，以DMD替代传统掩模版，可快速灵活设计光刻图案，支持二维及8位灰度光刻，能满足任意微米量级光刻需求，广泛应用于MEMS、微流控等多个领域。

泽攸科技ZML系列DMD无掩膜光刻机