Shi Zhang, Li Han, Kening Xiao等作者在《Advanced Functional Materials》期刊上发表了题为“h-BN-Encapsulated Uncooled Infrared Photodetectors Based on Tantalum Nickel Selenide”的研究论文。该研究由杭州先进研究院物理与光电工程学院和中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室的科研团队完成，旨在开发一种基于钽镍硒化物（Ta2NiSe5）的非制冷红外光电探测器，并通过六方氮化硼（h-BN）封装技术提升其性能与稳定性。
红外光电探测器在军事、医疗、环境监测等领域具有广泛应用。然而，传统红外探测器通常需要低温冷却，增加了系统的复杂性和成本。近年来，二维材料因其优异的光电性能和可调控性成为研究热点。钽镍硒化物（Ta2NiSe5）作为一种新型层状材料，具有优异的光电响应特性，但其在大气环境中的稳定性较差，限制了其实际应用。本研究通过h-BN封装技术解决了这一问题，并系统研究了Ta2NiSe5基光电探测器的性能。
Ta2NiSe5单晶的合成与表征
研究团队采用化学气相传输（CVT）技术合成了Ta2NiSe5单晶。具体方法是将高纯度钽粉、镍粉和硒颗粒按化学计量比装入石英管，并加入碘作为传输剂。石英管在750-880°C下加热10天，随后自然冷却。通过拉曼光谱和X射线衍射（XRD）对合成的单晶进行了表征，确认其单斜晶系结构和高晶体质量。
Ta2NiSe5晶体结构的描述
Ta2NiSe5晶体属于单斜晶系，空间群为C2/c。其结构由钽双链和镍单链交替排列组成，层间通过范德华力（vdW）相互作用连接。这种层状结构使其在光电应用中表现出各向异性。
厚度特性的表征
研究团队测试了不同厚度（8 nm-380 nm）的Ta2NiSe5材料的光电性能。结果表明，厚度为36 nm时，材料在520 nm-4.6 μm波长范围内表现出最佳的光电响应。过薄或过厚的材料均会影响探测器的性能。
不同光功率下的时间响应
研究测试了Ta2NiSe5基光电探测器在可见光到中波红外（MWIR）范围内的光功率依赖性。结果显示，探测器在不同波长下均表现出稳定的时间响应。
光电开关稳定性
研究验证了Ta2NiSe5基光电探测器在多次光电开关循环中的稳定性。在1550 nm激光照射下，探测器表现出优异的重复性。
h-BN封装的气体稳定性
通过h-BN封装，Ta2NiSe5基光电探测器在大气环境中表现出显著的稳定性。封装后的探测器在暴露于大气中一个月后，其光电响应未出现明显下降。
光电流与光功率和电压的关系
研究分析了光电流与入射光功率和偏置电压的关系。结果表明，光电流随光功率和电压的增加而增加，且在不同波长下表现出不同的依赖性。
噪声电流测量
通过噪声功率谱分析，研究团队计算了探测器的比探测率（D*）。结果表明，Ta2NiSe5基光电探测器的噪声电流较低，具有较高的探测灵敏度。
各向异性表征
研究测试了Ta2NiSe5基光电探测器在不同入射波长下的各向异性行为。结果表明，探测器对不同偏振角的光表现出明显的各向异性响应。
本研究通过h-BN封装技术显著提升了Ta2NiSe5基光电探测器的性能与稳定性，为其在非制冷红外探测领域的应用奠定了基础。研究结果表明，Ta2NiSe5材料在光电探测器中具有优异的光电响应特性和各向异性行为，为其在偏振光探测和宽谱探测中的应用提供了可能性。此外，h-BN封装技术的成功应用为其他二维材料的光电器件封装提供了重要参考。
研究还对比了Ta2NiSe5基光电探测器与其他二维材料光电探测器的关键参数，表明其在响应率、探测率和响应时间等方面具有显著优势。这一结果为未来二维材料光电探测器的设计与优化提供了重要参考。