Recently, Professor Yufeng Liu's team from the School of Materials Science and Engineering at Shanghai Institute of Technology and the Shanghai Engineering Research Center of Advanced Materials for Photodetection, in collaboration with domestic and international institutions such as the Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences, and the Massachusetts Institute of Technology (MIT), achieved significant progress in the heteroepitaxy of Materiali a semiconduttore bidimensionale (2D). Il team di ricerca ha realizzato con successo una crescita epitassiale altamente orientata di materiali a cristallo singolo a semiconduttore 2D su substrati di zaffiro a piano C utilizzando una strategia di "eteroepitaxy adattativa in piano". Ruotando l'orientamento del cristallo di 30 gradi, questo metodo regola efficacemente le sollecitazioni di compressione e trazione, consentendo la tolleranza alla deformazione e formando una deformazione interfacciale controllabile tra singoli cristalli eteroepitassiali con diverse costanti reticolari e substrato di zaffiro. Ancora più importante, i fotoDetector basati su questi materiali eteroepitassiali hanno dimostrato prestazioni di rilevamento della luce superiori rispetto ai dispositivi non epitassiali. I risultati correlati sono stati pubblicati online, nella rivista di materiali di alto livello Materiali avanzati, sotto il titolo "Eteroepitaxy adattivo in piano degli alogenuri di bissio 2D con band-band-band-band su C-Sapphire".
I materiali eteroepitassiali sono uno dei materiali principali per i fototetettori a semiconduttore. Tuttavia, a causa dei vincoli di abbinamento reticolare, l'eteroepitassia di questi materiali su un singolo substrato spesso affronta una deformazione reticolare elevata, portando a una qualità degradata dell'interfaccia, aumento dei difetti di cristallo e numerosi colli di bottiglia tecnici. Inoltre, l'elevato costo delle apparecchiature a semiconduttore e le complesse tecnologie di elaborazione dei semiconduttori limitano la loro applicazione diffusa.
I risultati sperimentali hanno mostrato che i fotodettori costruiti con singoli cristalli eteroepitassiali coltivati su substrati di zaffiro del piano C hanno mostrato un tempo di risposta di 367,8 μs, una rilevabilità di 3,7 × 1012Jones e una gamma dinamica lineare (LDR) fino a 113 dB con illuminazione laser a 450 nm, superando di gran lunga dispositivi di substrato di vetro tradizionali. Inoltre, il fotoDetector ha mantenuto la stabilità su più cicli di commutazione e test a lungo termine, dimostrando un'eccellente affidabilità operativa e una durata del dispositivo lungo. Questo lavoro fornisce nuovi metodi sperimentali e supporto teorico per la crescita eteroepitassiale di nuovi materiali a semiconduttore e le loro applicazioni del dispositivo.