摘要
太赫兹波位于电磁谱的微波和红外频段之间，凭借其卓越的穿透性、非破坏性和特异性吸收等特性而引起学术界和工业界的广泛关注。太赫兹技术已在医学成像、无线通信、无损探测和材料识别等领域展现出广泛的应用前景。太赫兹探测器作为太赫兹技术的核心，能够将太赫兹光信号转换为可读的电信号。虽然当前太赫兹光电探测器在材料开发和器件构建上取得进步，但目前的太赫兹光电探测器在有效检测太赫兹信号方面仍面临挑战，尤其是在灵敏度、选择性、响应速度以及与其他光电子技术的集成能力方面仍存在不足。本文致力于探测器性能的综合优化，聚焦于实现室温工作、器件小型化和高灵敏探测，提出了将微纳结构与新型拓扑半金属PtSe2和外尔半金属TaP相结合的策略。此方法旨在通过调整微纳天线的几何参数，实现太赫兹波的亚波长局域增强，并优化光场耦合效率，同时利用这些拓扑半金属优异的电子迁移率优化光电转换性能。具体研究内容如下： (1)狄拉克半金属PtSe2因其高载流子迁移率、可调带隙和环境稳定性而成为太赫兹探测器的候选材料。本研究设计了一种基于PtSe2的非对称金属接触的太赫兹探测器，并集成了四叶草微纳结构天线。通过掺杂不同金属作为电极，修改了材料两端的电势分布，打破了通道电场的对称性。在太赫兹波照射下，费米能级的调制使得材料中发生非均匀的热电子扩散，从而增强了光响应。实验结果表明，该光电探测器在太赫兹波段表现出优异特性，包括快速的响应时间(7μs)、超高的响应率(3.267A/W)和低噪声等效功率(3.96pW/Hz0.5)。这项研究为PtSe2太赫兹探测器的制备提供了新的思路，推动了太赫兹领域的应用和进一步研究。 (2)外尔半金属TaP以其独特的电子结构、优异的载流子迁移率和导电性成为太赫兹光电探测器的理想材料。本研究通过化学气相传输法(CVT)成功生长高质量TaP晶体，并集成微纳对数周期天线，增强了沟道内的太赫兹光场耦合。利用I型外尔半金属TaP在室温下的非线性光学响应机制，本研究成功制备了一种具有高灵敏度和低噪声等效功率的太赫兹探测器。实验结果表明，基于TaP的光电探测器在室温自供电模式下具有超快的响应时间(0.96μs)、高响应率(7.5A/W)和低噪声等效功率(1.33pW/Hz0.5)。同时，器件的优异性能使其实现了室温高质量的太赫兹透射成像，这为室温太赫兹探测器的进一步应用铺平了道路。
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