Silicon-based van der Waals heteroepitaxy of PbSe with room-temperature sensitive mid-infrared response

范德瓦尔斯力 红外线的 材料科学 红外光谱学 纳米技术 光电子学 化学物理 化学 光学 物理 分子 有机化学
作者
Wan Yu,Jiafeng Hu,Yan Lü,Kangmin Leng,Zhendong Wang,Shengpeng Yuan,Zhe Cheng,Qisheng Wang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:126 (21)
标识
DOI:10.1063/5.0271152
摘要

Silicon integration of non-silicon semiconductors is always challenging due to the serious lattice and thermal expansion mismatch. In this study, we design a silicon-based van der Waals heteroepitaxy of infrared semiconductors through the graphene buffer layer. Through density functional theory calculations, we demonstrate that graphene-modified SiO2 surfaces exhibit a drastic reduction in surface potential and sliding energy compared to unmodified substrates. These properties enable the epitaxial growth of high-quality single-crystal lead selenide (PbSe) on silicon, effectively circumventing conventional substrate-induced constraints. The photoelectric characterization shows that the detector made from the graphene/silicon-based PbSe structure achieves great mid-infrared performance. It has a room-temperature specific detectivity (D*) of up to 1.4 × 109 cm Hz1/2 W−1 and a rapid response time in the microsecond range. Our work offers a scalable pathway to overcome limitations of lattice-matched epitaxy and advance the development of silicon-compatible optoelectronics.
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