“只打一次激光就成了结结构”……二维半导体光探测器性能提升[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 27 May.2026 09:41(KST)

无需复杂的叠层与转移工艺，直接在 SnS₂ 内部形成能量势垒
有望应用于柔性传感器、图像传感器及集成光电子器件

大邱庆北科学技术院（DGIST）开发出一项技术，只需一次激光照射，就能在二维半导体内部构建提升光‑电转换效率的结结构。该技术无需复杂的叠层和转移工艺即可制作高性能光探测器，有望应用于下一代柔性传感器和图像传感器的开发。

DGIST表示，电气电子计算机工程系教授 Kwon Hyukjun 研究团队，针对二维半导体材料一硫化锡（SnS₂），通过直接进行激光照射，开发出了实现高性能光探测器的工艺技术。

激光诱导氧工程构建二硫化物（SnS₂）同质结的示意图。向 SnS₂ 的部分区域照射激光会引入氧元素，在处理区与未处理区之间形成能量势垒。该结构可快速分离光生电荷，从而提升光电流性能。研究团队供图

光探测器（光电探测器）是将光转换为电信号的核心器件，被广泛应用于图像传感器、光通信、物联网（IoT）、柔性电子器件等领域。尤其是二维半导体，因其原子层级的超薄厚度和高柔性，而备受关注，被视为下一代光电子材料。

但现有的二维半导体光探测器通常采用不同材料层层堆叠或转移贴合的方式来形成结结构。在这一过程中，工艺复杂，且界面易产生污染或缺陷，存在明显局限。

一次激光即可形成结结构：“无叠层也能实现高性能”

研究团队提出了一种方法，仅对单片 SnS₂ 薄片的部分区域照射波长为532nm的连续波激光，以形成结结构。在被激光照射的区域，部分硫（S）元素逸出并与氧发生键合，使表面部分转变为氧化锡（SnOx）系列结构。与此同时，厚度减薄和化学成分变化同步发生，在处理区与未处理区之间自然形成能量势垒。

左侧为DGIST电气电子计算机工程专业教授 Kwon Hyukjun，右侧为硕博连读课程第一作者学生 Lee Jieun。DGIST 供图

研究团队通过原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）、高分辨透射电子显微镜（HR‑TEM）等分析手段，确认了激光处理后氧被引入、Sn‑O键形成以及局部结构重排等现象。同时还验证了在激光处理区与未处理区之间产生约0.7eV的功函数差，从而形成内建电场。

这种形成的内建电场能快速分离光生电子和空穴，抑制其复合，从而提高光电流响应。

研究团队制备的光探测器，相较于既有器件，对光的响应速度大幅提升，并表现出可探测微弱光信号的高灵敏度特性。尤其是其将光转换为电信号的效率较高，显示出应用于下一代图像传感器和柔性光电子器件的可行性。

研究团队表示，本次工作在无需额外高温、高真空工艺或湿法化学处理的情况下，仅依靠激光就直接实现了功能性结结构，这一点具有重要意义。特别是该工艺为非接触方式，无需掩膜即可选择性加工目标位置，因此有望扩展为大面积图像传感器与高集成光电子器件平台。

Kwon Hyukjun 教授表示：“本研究证明，即便不采用复杂的制造流程，也可以仅利用激光在二维半导体内部直接构建将光转化为电的最优环境。未来这一工艺技术将成为可扩展至高性能光探测器以及透明、柔性光传感器等多个产业领域的实用性工艺。”

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本研究由 DGIST 硕博连读课程学生 Lee Jieun 作为第一作者参与，相关成果发表于光学领域国际学术期刊《Advanced Optical Materials》2026年5月刊。该研究在科学技术信息通信部个人基础研究项目（中坚研究）、InnoCore 项目以及教育部大学重点研究所支援项目的资助下完成。

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。