雪崩倍增效应能够经过载流子的磕碰离化进程显着上台弱小光电信号，这一特性使其在雪崩光电二极管 (APD) 和磕碰离化场效应晶体管 (IIFETs) 等光电子器材中具有极端严峻使用价值，并推进着生物医学成像、激光雷达和光纤通信等范畴的开展。该效应的物理实质是少量载流子在强电场中取得超越半导体带隙 () 的动能后，经过磕碰离化进程发生新的电子-空穴对，以此来完成载流子几何级数的倍增。但是，传统资料 (如Si和InGaAs) 因为热载流子散射导致的能量丢失，实践雪崩阈值能量一般高于22，使得器材的典型雪崩电压高达120 V (Si) 和50 V (InGaAs)。这不只增加了光电器材的功耗和暗噪声，也对体系的驱动电压和读出电路设计提出了严厉的要求，大幅度提升了本钱，严峻约束了其更广泛的使用。近年来，二维层状资料因其共同的量子限域效应、层数依靠的能带结构和可任意堆叠构成异质结特性而遭到广泛重视，其原子级厚度诱导的强库仑相互作用显着提升了载流子间的能量交流功率，为完成低阈值电压、高倍增功率的雪崩倍增效应供给了新的处理方案，为开展下一代高功能、低功耗雪崩器材拓荒了新途径。

  近期，我国科学院上海技能物理研讨所王海露团队体系总述了二维层状材猜中根据雪崩倍增效应的新式光电器材的研讨现状。本文首要剖析了雪崩倍增效应的内涵物理机制，侧重介绍了雪崩器材的要害功能参数，包含倍增因子M、过剩噪声因子F(M) 和磕碰离化系数k等。紧接着，本文详细剖析了根据二维层状资料研讨并完成雪崩倍增效应的优势，进一步总结了根据二维资料的典型雪崩器材结构及其电学与光电特性。最终，本文要点探讨了雪崩倍增效应在高活络光电探测器、互补逻辑反相器、低功耗晶体管及神经形状核算器材等范畴的典型器材使用。

  图1. 雪崩倍增机制。(a) 半导体器材中的载流子倍增进程，其间进程①和②别离对应载流子倍增和热载流子经过声子发射的冷却进程；(b) 雪崩二极管结构中的磕碰离化与倍增进程。

  图2. 雪崩器材的典型结构及其作业原理。(a)-(d) 别离为肖特基结、阶梯骤变结、异质结及栅控同质结的结构示意图；(e)-(h) 顺次展现了Pt/WSe2/Ni肖特基结、WSe2阶梯骤变结、InSe/BP异质结及WSe2栅控同质结的作业原理图；(i) Pt/WSe2/Ni肖特基结的噪声等效功率；(j) WSe2阶梯骤变结的雪崩电压随作业时分的温度的改变联络；(k) InSe/BP异质结的输出特性曲线；(l) 室温下WSe2栅控同质结的搬运特性曲线。

  本文要点探讨了二维层状材猜中雪崩倍增效应的物理机制，详细剖析了肖特基结、异质结、阶梯骤变结以及栅控同质结等典型器材结构的作业原理和光电功能特性。在此基础上，研讨团队深化论述了这类器材在高活络光电探测器、反相器、低功耗晶体管、磕碰离化晶体管和神经形状核算器材等范畴的立异使用，并对未来开展趋势提出了展望，为新一代高功能光电子器材的研制供给了新思路。

  我国科学院上海技能物理研讨所博士后。国家“博新方案”取得者，当选上海市“超级博士后”鼓励方案、上海市青年科技英才扬帆方案和我国科学院特别研讨助理。2022年博士结业于我国科学院上海技能物理研讨所，同年进入我国科学院上海技能物理研讨所红外科学与技能全国要点实验室胡伟达研讨员团队从事博士后作业。首要研讨范畴为红外探测器载流子输运机理，致力于处理红外光电载流子能量耗散机制不明晰、超快弛豫机制诱导低光电转化功率等问题，为开展高功能红外探测器技能供给新思路。以榜首或通讯作者在Nature Communications、Nano Letters、Light: Science & Applications、National Science Review和Advanced Functional Materials等SCI期刊上宣布科技论文14篇，累计宣布SCI论文50余篇。请求我国发明专利5项、美国发明专利1项。获本科、硕士和博士国家奖学金、上海市优异结业生、我国电子教育学会优异博士学位论文、宝钢优异学生奖、我国科学院院长优异奖和“朱李月华”优异博士生奖学金等荣誉。作为项目或课题负责人掌管国家自然科学青年基金、我国科学院B类先导专项课题和博士后边上等项目。

  现在王海露博士在Nanomaterials期刊作为客座修改掌管特刊“Photonics/Optoelectronics Properties and Applications of Two-Dimensional Heterostructures (二维异质结的光子学/光电子学性质及其使用)”。特刊旨在杰出二维资料及其异质结的外延成长技能和光电子器材的最新进展。截止到现在，特刊现已录入4篇文章，欢迎二维资料光子、电子及光电子学范畴的研讨人员为本特刊奉献原创研讨论文或谈论文章。

  期刊主题包括纳米资料 (纳米粒子、薄膜、涂层、有机/无机纳米复合资料、量子点、石墨烯、碳纳米管等)、纳米技能 (组成、表征、模仿等) 以及纳米资料在所有的范畴的使用 (生物医药、动力、环境、电子信息等) 等。

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