研究提出面向2D材料光电探测器的读出框架

一个研究团队（成员大多来自中国成都的Sichuan University）发表了一个框架，旨在帮助由二维（2D）材料制成的光电探测器从实验室单器件研究迈向更大规模系统中的应用。这篇开放获取论文发表于Nature Communications。该期刊将其标注为经同行评审并已接收的研究的早期发布版本，在最终的Version of Record取而代之之前，内容仍可能经过编辑。

光电探测器是一种光敏器件，在受到光照时会产生电流，即光电流。据作者称，针对2D材料探测器的研究大多致力于提高其响应度，但另一个问题制约着它们：由陷阱主导的持续光电导（PPC）。简而言之，材料中的缺陷会影响电流的行为，因此输出取决于探测器近期的历史。作者描述了随时间累积的漂移、迟滞和疲劳。在他们看来，这导致器件实际输出与所连接系统的预期之间存在错配，并延缓了从器件到可用系统的转化。

该团队并未仅将这些效应视为缺陷，而是将其重新定义为关于器件状态的信息，这些信息可以被定义、校正并传递给电子电路。该框架之所以称为跨层，是因为它同时涵盖多个层面：分析材料中的缺陷机制，定义随时间变化的信号（非平稳信号），补偿动态失真，以及设计将探测器与系统其余部分相连的读出接口。研究人员将其应用于由三种2D材料制成的探测器：MoS2、WSe2和PtSe2。

据摘要所述，通过重构接口并稳定读出，该团队得以将随器件状态变化的nW级光电流映射到混合信号读出接口上，即把探测器的微小电流转换为系统输出的电路。随后，该团队将这一方法扩展到共享统一输出的探测器阵列，以及多个传感器的信号融合。一种频率引导的数据表示方法在一项机器视觉任务中接受了评估；摘要未给出该测试的性能数据。

作者的结论是，由PPC驱动、取决于器件既往经历的响应，应被解读为“一种状态编码信号”，它将缺陷行为、读出和系统任务联系起来，而不仅仅是单个器件的缺陷。他们将这项工作描述为一条从器件级研究通往系统级应用的工程路径；摘要未讨论产品或时间表。该研究获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划和四川省科技基金的资助，作者声明不存在利益冲突。