数码相机以及许多其他电子设备都需要光敏传感器。为了满足这种光电元件日益增长的需求，工业界正在寻找新的半导体材料，要求它们不仅应该覆盖广泛的波长范围，而且应该便宜便捷。
近日，HZDR和德累斯顿工业大学的物理学家开发了一种光电探测器，该探测器完全基于金属有机框架层（MOFs），由于该化合物可以检测并将宽范围的光波长转换为电信号，因此它可以成为一种新颖的检测器材料。
HZDR和德累斯顿工业大学的物理学家开发了一种光电探测器，该探测器完全基于金属有机框架层。由于该化合物可以检测并将宽范围的光波长转换为电信号，因此它可以成为一种新颖的检测器材料。图片来源：HZDR / Juniks
金属有机框架（MOFs）
研究人员证明了这种金属有机框架可以用作宽带光电探测器，因为它不含任何高成本原材料，因此可以廉价批量生产。
近二十年来，金属有机框架已成为人们梦寐以求的材料体系。到目前为止，这些高度多孔的物质（多达90％由空旷的空间构成），已广泛用于储存气体、催化或在人体内缓慢释放药物。
HZDR离子束物理和材料研究所“纳米结构传输”小组负责人Artur Erbe博士解释说：“杜德累斯顿开发的金属有机框架化合物包含一种与铁离子结合的有机材料，它的特殊之处在于，框架形成了具有半导体特性的叠加层，这使得它在光电应用方面具有潜在的吸引力。”
该小组的想法是使用新的半导体二维MOF作为光电探测器。为了进一步研究，研究人员研究了半导体的电子性质，还探索了光的灵敏度在多大程度上取决于温度和波长，并得出了一个有希望的结论：从400纳米到1575纳米，半导体可以探测到广泛的光波长，因此，辐射光谱从紫外线到近红外。
研究人员指出这些都是在光电元件中用作有源元件的理想性能，这是我们第一次证明完全基于MOF层的光电探测器具有这样的宽带光电探测。
小的带隙有助于提高效率
半导体材料能覆盖并转换成电信号的波长谱本质上取决于所谓的带隙。专家用这个术语来描述固态材料价带和导带之间的能量距离。一方面，在典型的半导体中，价带是完全满的，所以电子不能移动；另一方面，导带很大程度上是空的，因此电子可以自由移动并影响电流。虽然绝缘体中的带隙很大，电子不能从价带跳到导带，但金属导体没有这样的带隙。半导体的带隙足够大，可以利用光波将电子提升到导带的更高能级，带隙越小，激发电子所需的能量就越小。
Himani Arora解释道这就是探测光谱范围大的原因：“由于我们所探索的材料中的带隙非常小，只需要很少的光能就能产生电能。”
通过将探测器冷却到较低的温度，由于电子的热激发被抑制，因此性能可以进一步提高。其他改进包括优化组件配置、生产更可靠的触点和进一步开发材料。结果表明，MOF基光电探测器具有广阔的应用前景，由于其电子特性和廉价的制造，MOF层是一系列光电应用的潜在候选材料。
阿图尔·埃尔贝（Artur Erbe）展望说：“下一步是缩放层厚度，在本研究中，我们使用1.7微米的MOF薄膜来制作光电探测器。如果可能的话，我们的目标是将叠加层减少到70纳米，也就是说，比它们的尺寸小25倍，在该层厚度以下，材料应具有可比性。如果团队能够证明在这些明显较薄的层中功能保持不变，那么他们就可以开始将其开发到生产阶段。”
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