光电探测器现在被广泛应用于光电应用，从光纤到科学表征设备，以及更多介于两者之间的应用。它们主要用于成像和通信应用，是一种捕获光子并将其转换为可检测和可读的电输出的设备。

多年来，科学家们已经使用了一系列材料来制造光电探测器，并使用了能够有效吸收光的波长/光子的材料。光活性材料的应用意味着光电探测器的领域已经达到了一个很高的水平，因此它们被广泛应用于各种技术中。

然而，对于光电探测器来说，要使它们与多种技术兼容和高效，仍然存在挑战，这包括平衡不同光电探测器的许多有益特性。例如，一些具有高光敏性和覆盖范围广的电磁光谱。其中一些具有线性响应，另一些是灵活的，而另一些则与互补金属氧化物半导体（CMOS）技术高度兼容。

现在的挑战是，随着高性能技术在日常社会和科学研究中的增长，如何将尽可能多的这些有益特性组合成适合多种应用的光电探测器。为了实现这一目标，目前仍有大量的工作要做，即创造新的、更先进的光活性材料来作为光子传感表面，而钙钛矿材料就是其中一种备受关注的材料。

钙钛矿型光电探测器的生长

钙钛矿材料是一种无机材料，其化学结构为A2+B4+X32，其中a和B是带正电荷的阳离子，X是带负电的阴离子。尽管钙钛矿表现出一些优良的光吸收性能，但它们是无机材料，而且它们是刚性和不灵活的。这导致了有机-无机钙钛矿杂化材料的诞生，这种材料更加灵活。

混合型钙钛矿型光电探测器具有许多有益的特性，使其成为一系列光电器件的合适材料。其中一些好处包括高光吸收系数、低激子结合能、长电子空穴扩散长度和成本效益高的制造方法（典型的溶液处理方法）。

尽管钙钛矿光电探测器具有许多有益的性质，但仍有一些关键问题需要解决。许多此类光电探测器往往表现出低光响应率和低载流子迁移率，并且通常具有低光导增益机制，这意味着它们难以从单个光子产生多个载流子（这一过程提高了灵敏度，因为可以检测到更多的可检测电荷载流子）。因此，利用钙钛矿材料的新方法正在被设计出来，其中之一就是在异质结构中加入二维材料钙钛矿薄膜。

二维材料异质结构

二维材料是一种纳米材料，其厚度为一到几层，因此具有固有的柔性。尽管名称表明它们在结构上是二维的（即一个原子层的厚度），但它们可以是几个原子厚，因为这些材料的“二维性质”是由于电荷载流子（即电子）在二维中的量子限制而产生的。

二维材料固有的薄性意味着它们可以堆叠在一起而无需化学连接层（有点像石墨有石墨烯层，它们没有化学结合，但异质结构总是包含至少两种不同的二维材料，因此在名称中称为“异质体”）。

不同的层是分子间键合的，通常使用范德华相互作用（这就是为什么二维材料异质结构通常被称为范德华异质结构），因此在物理上彼此固定，而不需要化学连接。在许多情况下，异质结构可以表现出比它们所组成的单个组分更强的优点，并且与体积较大的材料相比仍然是灵活的。

利用钙钛矿与二维异质结构相结合实现高效光探测

钙钛矿薄膜材料，即由钙钛矿结构制成的二维材料，可以与其他二维材料结合，形成适合于光电探测器的异质结构。近年来，许多钙钛矿型异质结构光电晶体管已经被开发出来，这些材料中含有石墨烯、二硫化钼和黑磷，可用于光电探测器。

许多这种光电晶体管的工作原理是在吸收光时将异质结界面上的电子和空穴分开。然而，这种机制意味着必须对层进行掺杂，电荷分离会降低器件的光增益，并且离子的迁移会导致迟滞问题。因此，虽然许多光晶体管在吸收光方面是有效的，但也存在一些不太理想的方面，因此正在寻找利用钙钛矿异质结构（机械）的替代方法。

一组来自中国和香港的研究人员已经创建了氧化铝/二硫化钼（Al2O3/MoS2）异质结构，其具有与许多其它钙钛矿异质结构不同的工作机制。研究小组设计了这种电介质材料，通过氧化铝层中的电荷俘获机制工作，这种安排中发现的磁滞回线与许多其他钙钛矿异质结构中的磁滞回线相反。

这一新机制有助于消除在许多其他钙钛矿异质结构中发现的滞后问题，因为Al2O3层的电荷俘获机制中和了异质结界面上的离子迁移。结果表明，这种异质结构不仅具有消除磁滞现象的方法，而且具有提高的光电导增益和改善的偏压应力稳定性。

光电探测器可以被调制并且依赖于外部偏压场来重组载流子。然而，这也意味着光电探测器是可调的，因此可以使效率很高。另一个关键点是，这种光电探测器具有超高的光敏性，因为它可以探测电磁光谱中可见光到近红外区域的光子。

结论

因此，尽管大多数二维钙钛矿型异质结构光电晶体管具有现代技术所需的许多有益特性，但它们也存在一些缺点，特别是磁滞问题。最近的进展是使用含有二硫化钼的Al2O3钙钛矿层，这有助于消除这些问题，并使探测器具有高水平的光响应性。这些特性将有助于广泛的应用，而高性能光电探测器可以使用这种材料（只要它们可以大规模制造）用于广泛的光电器件和系统。他们有可能逐步淘汰目前使用的一些更传统的微电子光电探测器。