Récemment, l'équipe du professeur Yufeng Liu de la School of Materials Science and Engineering du Shanghai Institute of Technology et du Shanghai Engineering Research Center of Advanced Materials for Photodetection, en collaboration avec des institutions nationales et internationales telles que le Hangzhou Institute for Advanced Study, l'Université de la Chine Matériaux semi-conducteurs bidimensionnels (2D). L'équipe de recherche a réalisé avec succès la croissance épitaxiale hautement orientée des matériaux monocristallins 2D semi-conducteurs sur des substrats saphir du plan c en utilisant une stratégie "hétéroépitaxie adaptative dans le plan" dans le plan. En faisant tourner l'orientation des cristaux de 30 degrés, cette méthode régule efficacement les contraintes de compression et de traction, permettant une tolérance de déformation et formant une déformation interfaciale contrôlable entre les monocristaux hétéroépitaxiaux avec différentes constantes de réseau et le substrat saphir. Plus important encore, les photodétecteurs basés sur ces matériaux hétéroépitaxiaux ont montré des performances de détection de lumière supérieures par rapport aux dispositifs non épitaxiaux. Les résultats connexes ont été publiés en ligne, dans le Top-Tier Materials Journal Advanced Materials, sous le titre "Hétéroépitaxie adaptative dans le plan des halogénures de bisum de césium 2D avec des interdictions d'ingénierie sur C-Sapphire."
Les matériaux hétéroépitaxiaux sont l'un des matériaux de base pour les photodétecteurs semi-conducteurs. Cependant, en raison des contraintes de correspondance du réseau, l'hétéroépitaxie de ces matériaux sur un seul substrat fait souvent face à une forte tension de réseau, conduisant à une qualité d'interface dégradée, à une augmentation des défauts de cristal et à de nombreux goulots d'étranglement techniques. De plus, le coût élevé des équipements semi-conducteurs et des technologies de traitement des semi-conducteurs complexes limitent leur application répandue.
Les résultats expérimentaux ont montré que les photodétecteurs construits à partir de monocristaux hétéroépitaxiaux cultivés sur des substrats saphir du plan C ont montré un temps de réponse de 367,8 μs, une détectivité de 3,7 × 1012Jones, et une plage dynamique linéaire (LDR) de jusqu'à 113 dB sous un éclairage laser de 450 nm, dépassant de loin les dispositifs de substrat de verre traditionnels. De plus, le photodétecteur a maintenu la stabilité sur plusieurs cycles de commutation et les tests à long terme, démontrant une excellente fiabilité opérationnelle et une durée de vie longue. Ce travail fournit de nouvelles méthodes expérimentales et un support théorique pour la croissance hétéroépitaxiale de nouveaux matériaux semi-conducteurs et leurs applications d'appareil.