溶液法制备AgBi2I7薄膜及其光电探测性能研究

AgBi₂I₇薄膜具有良好的光电特性和环境稳定性,是构筑异质结紫外光电探测器的有力候选材料之一。本研究采用溶液法制备AgBi₂I₇薄膜,通过优化前驱体溶液的浓度和溶剂类型(正丁胺和二甲基亚砜)等工艺参数,研究了其光电探测性能。采用最优方案在宽带隙的GaN上制备AgBi₂I₇薄膜,构建AgBi₂I₇/GaN异质结。该异质结对UVA射线具有良好的选择性探测(探测半峰宽约30nm)。在3V偏压和350nm紫外光照射下,器件开关比超过5个数量级,达到27.51 A/W的高响应度和1.53×10¹⁴ Jones的高探测率。研究表明溶液法制备的AgBi₂I₇薄膜有望应用于构建高性能的异质结紫外光电探测器。     

设计并构建Ⅰ型SnSe2/ZnS异质结构提升其光电化学探测及水分解性能(英文)

二维范德瓦尔斯异质结构广泛应用于光电化学(PEC)型光电探测器、水分解和太阳能电池等光电器件中.其中,Ⅰ型异质结构对于设计新型光电器件至关重要,然而其能带排列对光电响应的影响尚不清楚.本文利用两步物理气相沉积法构建了Ⅰ型SnSe₂/ZnS异质结构,并通过紫外光电子能谱和X射线光电子能谱进行了验证.基于Ⅰ型SnSe₂/ZnS异质结构的光电化学探测器在紫外可见范围内具有良好的光响应、高稳定性和高灵敏度.SnSe₂/ZnS的光响应可达172.60μA W^-1,分别是单一ZnS和SnSe₂样品的7.4和2.0倍.并且,SnSe₂/ZnS异质结构具有较高的光电催化分解水活性,在2 h内总产氢量可达81.25μmol cm^-2.SnSe₂/ZnS异质结优异的光电探测和水分解性能主要源于其更高的光利用率和高效电荷传输的协同作用.本工作为通过构建Ⅰ型异质结构来提高光电响应并设计高性能光电探测器和水分解等光电器件提供了一种新方法.     

基于全溶液法制备的SnO2/1D-CsAg2I3异质结的高灵敏自驱动可见光盲紫外探测器(英文)

低维非铅金属卤化物材料因其优异的光电特性在可见光盲紫外探测领域具有很大的潜力.本文通过吡啶添加剂辅助一步溶液法成功制备了高质量类钙钛矿CsAg₂I₃薄膜,该薄膜展示出p型及202 meV低激子结合能(E_b).其E_b甚至和2D铅卤钙钛矿相当,有利于光生载流子分离.此外,探索了基于type-Ⅱ型n-p异质结SnO₂/CsAg₂I₃的自驱动紫外探测器,其中4.13 eV宽带隙、0.214 eV低Urbach能量的SnO₂的引入抑制了持续光电导效应.所制备的探测器件具有高灵敏特性及在可见光盲紫外探测器中超快的响应时间(47/74μs),大致快于当前CsAg₂I₃探测器数值的两个数量级.其响应度和探测率分别高达0.032 A W^-1和1.2×10¹¹Jones.此外,异质结>90%高可见光透光性展现出优越的可见光盲特性.这种优异的...     

原位集成光浮栅的多层SnS2/少层MoS2异质结用于高性能光电探测器与光学成像(英文)

自单层MoS₂光电晶体管问世以来,二维层状材料一直被认为是实现下一代新型光电器件与系统的最引人瞩目的候选材料之一.然而,大多数报道的二维层状材料光电探测器都存在一定的缺点,如响应率低、暗电流大、比探测率低、开关比低、响应速率慢等.在本研究中,通过堆叠由大气压化学气相沉积技术所生长的MoS₂和SnS₂纳米片,制备出了多层SnS₂/少层MoS₂范德华异质结.相应的SnS₂/MoS₂异质结光电探测器展示出了具有竞争力的综合性能:大开关比(171)、高响应率(28.3 A W^-1),以及出色的比探测率(1.2×10¹³ Jones).此外,该器件还实现了响应/恢复时间低至1.38 ms/600μs的超快响应速率.其优异的性能与SnS₂/MoS₂异质结的Ⅱ型能带排列以及原位形成的无缝光浮栅的协同作用相关,这有助于分离光激发的电子-空穴对,并延长非平衡载流子的...     

混合维度WS2/WSe2/Si单极势垒异质结构用于高性能光电探测(英文)

单极势垒异质结构可以选择性地降低暗电流,但不影响光电流,是一种构建高性能光电探测器的有效策略.特别地,具有可调谐能带结构和自钝化表面的二维(2D)材料不仅能满足能带匹配要求,而且避免了界面缺陷和晶格失配,有助于设计单极势垒异质结构.这里,我们展示了一种混合维度WS₂/WSe₂/p-Si单极势垒异质结光电探测器.其中,2D WS₂充当光子吸收体,原子级厚度的WSe₂充当单极势垒,3D p-Si充当光生载流子收集器.插入的WSe₂不仅减轻了有害的衬底效应,而且形成了高导带势垒,可以过滤掉若干暗电流分量,同时不影响光电流.在隧穿效应和载流子倍增效应的驱动下,该WS₂/WSe₂/p-Si器件表现出高于10⁵的高开/关比、2.39×10¹² Jones的高探测度和8.47/7.98毫秒的快速上升/衰减时间.这些优点显著优于传统的WS₂/p-Si器件,为设计高性能的光电器件开辟了一...     

基于二维钙钛矿(PEA)2PbI4的光电探测器

二维(2D)钙钛矿以其固有的量子阱结构、较大的激子结合能和良好的稳定性,在光电应用领域中具有广阔的前景。然而,提高二维钙钛矿薄膜质量、降低成本并简化制备工艺仍然面临巨大的挑战。本工作在低退火温度(80℃)且无需其他特殊处理的条件下,采用溶液法制备高质量二维钙钛矿(PEA)₂PbI₄薄膜,并进一步制备了光电探测器。结果表明,这种光电探测器有较低的暗电流(10^–11 A),在450 nm光照下具有良好的响应度(107 mA·W^–1)、较高的探测率(2.05×10¹² Jones)和快速响应时间(250μs/330μs)。持续控制光照1200 s后,器件可以保持95%的光电流。此外,器件静置30 d后光电流几乎保持不变。本研究为开发稳定和高性能光电器件提供了良好的途径。     

基于单根TaON纳米带的光晶体管与紫外到近红外响应

用Ta₂O₅ 纳米带模板转化法控制合成TaON纳米带, 典型的纳米带长约0.5 cm, 横截面积40 nm×200 nm~ 400 nm×5600 nm。在SiO₂/Si基片上加工出TaON单根纳米带的场效应晶体管; 该晶体管的电子迁移率和开关比分别为9.53×10 ^-4cm ²/(V·s)和3.4, 在254~850 nm范围内显示良好的光响应。在405 nm (42 mW/cm ²)的光照下, 外加5.0 V的偏压时, 光响应为249 mA/W, 光开关比为11。因此, 该器件具有良好的光探测性, TaON纳米带可作为光电子器件的候选材料。另外, 实验还控制合成出Ta₂O₅@TaON纳米带, 并加工成单根纳米带的场效应晶体管, 虽然相同光照条件下的光响应弱于TaON 纳米带, 但仍算是一种好的光电材料。     

宽禁带半导体Ga2O3基日盲紫外探测器的研究进展

β-Ga₂O₃是一种超宽禁带半导体材料，对应太阳光谱的深紫外波段，可用于制备日盲紫外探测器。日盲紫外探测器抗干扰能力强、探测灵敏度高、背景噪声低，在军事和航空航天领域具有极大的应用前景。本文主要介绍Ga₂O₃材料的基本性质，包括不同的晶相结构及其制备方法，并总结不同结构的Ga₂O₃器件在日盲紫外探测领域的研究进展。其中，金属-半导体-金属(MSM)结构的Ga₂O₃器件最为普遍，特别是基于薄膜材料的器件已具备了商业化参数，有望实现产业化应用。基于Ga₂O₃的异质结和肖特基结日盲紫外探测器也表现出优异的性能，并呈现出自供电特性。此外，薄膜晶体管结构Ga₂O₃器件结合MSM结构和晶体管结构的工作机制，可获得更大的光增益，适用于微弱信号的探测，成为一种极具潜力的日盲紫外探测器件。     

MoS2/ZnO异质结及其在光电探测器中的研究进展

以MoS₂为代表的过渡金属硫族化合物(TMDCs)由于独特的电子结构、优异的半导体特性、可调节的带隙(1.3～1.8eV)、高迁移率和强光-物质相互作用成为发展下一代高性能光电器件的理想候选材料。然而二维材料独特的层间范德华间隙，使得扩散、注入等传统半导体的掺杂手段无法实现均匀稳定的掺杂，进而无法有效调控其相关电子器件的性能。传统的基于三维半导体的p-n结是现代电子器件的基本组成部分，将二维层状MoS₂集成到传统的半导体材料上成了提升器件性能和探索新功能的策略之一。宽禁带半导体ZnO以其优越的光电性能已广泛应用于高效率短波长探测、发光和激光器件以及智能设备上。近年来，MoS₂和ZnO组成异质结结构的研究成了热点，诸多研究报道MoS₂与ZnO组成的异质结结构可以提高光电探测器的光响应率、光谱范围和光响应速度等，展示了良好的性能。本文综述了MoS₂/ZnO异质结结构的多种制备方法，异质结特性和界面物理机制以及在光电探测器中的研究进展。     

电化学沉积制备Bi2Se3薄膜及其光电性能研究

作为量子物质的奇异态，拓扑绝缘体在新一代电子和光电子器件领域得到了广泛应用。因其金属表面态共存和较窄的带隙(0.3 eV),导致Bi₂Se₃具有超快电荷传输能力和红外光吸收能力，使其成为新体制光电器件的研究热点。采用恒电位沉积法在酸性电解质溶液中ITO基底上进行电化学沉积Bi₂Se₃薄膜，通过控制变量法确定Bi₂Se₃薄膜的生长条件是溶液pH值为0.2～0.8、沉积电位-0.15 V vs. Ag/AgCl和沉积时间1 h;同时，采用场发射透射电子显微镜、X射线衍射仪等表征技术对Bi₂Se₃薄膜的结构与形貌进行了研究。最后，研究了基于Bi₂Se₃薄膜光电探测器的性能，并考察了退火工艺对其光响应特性影响规律，测试结果表明退火后Bi₂Se₃薄膜在近红外波段具有良好的光电性能，响应度和比探测率分别约为6.3×10^-5     

基于蒽和三苯胺基D–π–A结构的蓝色荧光材料在有机发光和紫外探测集成器件中的应用（英文）

有机集成化光电子器件兼具了小型化和多功能性的优势,如集成了有机发光和紫外探测的有机发光紫外探测器件(OLED-UVOPDs).这种器件中的有机光电材料的设计仍然面临重大的挑战.在本文中,以蒽为π桥,腈基苯为受体,三苯胺(TPA)和二甲基三苯胺(2mTPA)分别为给体,设计并合成了两种可用于OLED-UVOPD器件的蓝色发光分子,TPA-AN和2mTPA-AN.它们的发光峰分别位于474和488 nm处,荧光量子产率为51.1%和46.6%.通过单载流子器件计算得到其电子迁移率分别为3.96×10^-5和6.63×10^-7cm²V^-1s^-1.基于TPA-AN的OLED器件表现出强的蓝光发射,最大亮度为43,110 cd m^-2,最大外量子效率(EQE)为8.1%.它们在OLED-UVOPD集成器件中表现出优异的性能,紫外探测率分别为7.18×10¹¹和2.85×10¹²Jones,最大EQE分别为8.7%和5.9%.     

面向脉搏血氧监测系统的三元阳离子锡铅钙钛矿基高灵敏、快响应近红外光电探测器（英文）

血氧饱和度已成为继心电图、呼吸和血压后的一项用于健康评价的重要生理参数.本研究中,我们制备出高质量窄带隙三元阳离子Sn-Pb钙钛矿薄膜,该光电薄膜呈现择优的生长晶向,且光吸收截止边拓宽至961 nm.通过双界面层修饰,构建的PPPB (PEDOT:PSS/perovskite/PCBM/BCP)近红外光电探测器展现出增强的光电响应,极快的响应速度(373 ns),宽的线性动态范围(LDR=159 dB),高的比探测率(D^*=1.56×10¹¹ Jones),以及优异的光响应度(190 mA W^-1).基于器件出色的光电性能,我们探索并演示了该探测器在脉搏血氧仪系统中的应用,实现了对不同生理状态下心率和血氧饱和度的准确和非侵入性评估.本研究突显了三元阳离子锡铅钙钛矿光探测器在实时监测血氧饱和度和心率方面的应用潜力.     

表面活性剂对TiO2纳米粒子形貌和结晶性的影响

二氧化钛(TiO₂)半导体材料因优异的光电性能在太阳能电池、发光二极管和紫外探测器等光电器件领域得到广泛应用，引入表面活性剂制备的TiO₂纳米粒子具有更好的光电性能。采用低成本的油酸作为表面活性剂，通过溶剂热法在较低的反应温度下得到了具有高结晶性和窄尺寸分布的TiO₂纳米粒子，其粒径分布在10～11nm之间且纳米粒子的形状均一，具有优异的分散性能。热重分析表明500℃时油酸已完全分离，有利于TiO₂纳米粒子在光电器件中的应用。     

基于p-Se/Al2O3/n-ZnO纳米棒阵列异质结的自驱动紫外-可见光探测器

自驱动光探测器能够在无外加偏压的情况下将光信号转化为电信号, 在工业和军事领域有着广泛的应用。本研究报道了p型Se薄膜和n型ZnO纳米棒阵列异质结的可控合成以及它们作为自驱动紫外-可见光探测器的应用。由于在ZnO和Se的界面处形成的内建电场将光生电子-空穴对分离, 促使它们向相反方向传输, 最终被电极收集, 在0偏压下获得了较高的光电流(435 pA), 从而实现无线的自驱动光电探测。并且, 在Se和ZnO界面处沉积的Al₂O₃层有效降低了暗电流。最终, 此器件在500 nm的单色光下显示了高响应率55 μA·W ^-1和大比探测率5×10 ¹⁰Jones, 并表现出了极快的响应速度(上升时间0.9 ms, 衰减时间0.3 ms)。     

低维结构策略构筑基于钙钛矿纳米片/氧化锌纳米线的柔性宽光谱探测器（英文）

柔性光电探测器具有轻便、易携带和优异的大面积兼容性等特点,在下一代光电子器件领域具有巨大的应用潜力.柔性光电探测器面临的主要挑战是在反复弯曲、拉伸、折叠等形变状态下难以保持优异的性能.本文通过低维度结构策略构筑了基于CsPbBr3纳米片和ZnO纳米线的柔性光电探测器.得益于一维纳米线和二维纳米片的高柔性,所构筑的光电探测器在各种应力下表现出优异的工作稳定性.例如,在弯曲1000次之后,器件的性能没有明显变化.此外,由于ZnO和CsPbBr3自身的光吸收特性,所构筑的柔性光电探测器展现出宽光谱光电响应能力(涵盖紫外和可见波段).在紫外和可见区域的峰值响应度分别为3.10和0.97 A W^-1,其相应的探测率分别为5.57×10^12和1.71×10^12Jones.本文针对柔性、高性能集成光电探测器提出的维度构筑策略,在未来智能、可穿戴光电子器件领域有着巨大的应用前景.     

由原子薄横向异质结构建的可调谐肖特基二极管（英文）

本研究利用一步化学气相沉积技术制备了Sn_xMo_1-xS₂/MoS₂横向异质结高性能二极管.通过选择性掺杂Sn原子到单层MoS₂的边缘,形成了与MoS₂相同晶格常数的Sn_xMo_1-xS₂.在边缘的Sn_xMo_1-xS₂和内部的MoS₂上分别沉积铬/金电极,形成肖特基势垒,其中势垒高度不同导致载流子仅在一个方向上传输.通过控制掺杂浓度和栅极电压,可实现MoS₂和Sn_xMo_1-xS₂之间费米能级的对齐调节,实现了可调整的整流比,最高达到10⁴.令人印象深刻的是,该二极管还表现出优异的光伏特性,该器件在λ=400 nm处实现了40%的外量子效率值.此外,我们在无外部偏压条件下实现了自供电光电探测,该异质结二...     

界面工程与等离激元效应协同作用增强的ZnO微米线同质结自驱动紫外探测器（英文）

高灵敏度的自驱动紫外探测器在许多应用中都大有可为.本研究提出了一种一维ZnO基同结光电探测器,它包括表面覆盖着Ag纳米线的锑掺杂ZnO微米线(AgNWs@ZnO:Sb MW)、MgO缓冲纳米层和ZnO薄膜.该探测器在0 V偏压下对紫外光非常敏感,其性能参数包括约7个量级的开关比、292.2 mA W^-1的响应度、6.9×10¹³Jones的比探测率,以及微秒量级的快速响应速度(上升时间16.4μs,下降时间465.1μs).特别是10μW cm^-2的微弱紫外光时接近99.3%的外量子效率.此外,本文系统研究了MgO纳米薄膜和表面修饰AgNWs对探测器件性能增强的机理.作为自驱动光接收器,该光电二极管被进一步集成到能够实时传输信息的紫外通信系统中.此外,基于AgNWs@p-ZnO:Sb MW/i-MgO/n-ZnO的同质结9×9阵列显示出均匀的光响应分布,可用作具有良好空间分辨率的成像传感器.这项研究有望为设计高性能紫外光检测器提供一条具有低功耗和可大规模建造的途径.     

本征可修复的导电聚合物/水凝胶纳米复合薄膜及其独特的体沟道用于实现高性能、柔性和可修复的有机光电晶体管（英文）

柔性有机光电晶体管(OPTs)在大机械形变的下一代可穿戴系统中至关重要.然而,目前报道的大多数OPTs都是场效应基结构,其界面电荷传输和本征低跨导的特性限制了OPTs的机械柔性和光电性能的发展.此外,沟道层的p共轭半导体聚合物也缺乏特殊的可修复位点,使其很难实现薄膜的自我修复功能.本文报道了一个具有独特体沟道和强修复功能的柔性高光电性能的OPTs.该OPTs使用有机电化学晶体管架构,由3D体沟道的可修复导电聚合物/水凝胶复合薄膜组成.该器件不仅在遭受损伤后能够在100 ms内有效恢复其机械和电学性能,同时还展现出出色的机械柔性.更重要的是,该器件实现了紫外光波段的高光测性能,其中光响应度高达1.01×10⁵ A W^-1,探测率达1.01×10⁵ A W^-1,外量子效率达3.03×10⁴%.结果表明,具有独特体沟道和本征可修复功能的OPTs在下一代可穿戴电子器件的使用中具有潜在应用价值.     

ZnO纳米棒/ZnCo2O4纳米片异质结的制备及其光电探测性能

ZnO纳米材料异质结是构筑高性能紫外光电探测器的有力候选之一。本工作中, 设计并制备了一种新型ZnO纳米棒/ZnCo₂O₄纳米片异质结, 研究了其电学性能及光电探测性能。使用油水界面自组装, 将ZnCo₂O₄纳米片在ITO玻璃上组装为均匀的薄膜; 通过调控ZnO种子层厚度, 在ZnCo₂O₄纳米片薄膜上水热生长了取向一致、密度适中的ZnO纳米棒阵列, 获得了高质量的ZnO纳米棒/ZnCo₂O₄纳米片异质结。该异质结具有优良的整流特性, 整流比达到673.7; 其工作在反偏状态时, 光暗电流比超过2个量级, 紫外-可见判别比为29.4, 在光电探测中有良好的波长选择特性。研究表明, 该异质结有潜力应用于构筑高性能紫外光电探测器。     

近红外Mg2Si/Si异质结光电二极管的结构设计与仿真

本工作设计了近红外Mg_2Si/Si异质结光电二极管的器件结构,并采用Silvaco-TCAD对器件主要性能参数(包括光谱响应、暗电流等)进行模拟仿真,优化了器件的结构参数和工艺参数。仿真结果表明:所设计的pin型光电二极管在波长为0. 6～1. 5μm时比pn型光电二极管具有更高的响应度,峰值波长为1. 11μm时,响应度最高达到0. 742 A·W~(-1),1. 31μm处响应度为0. 53 A·W~(-1)。pin型光电二极管的暗电流密度较pn型光电二极管略大,约为1×10~(-6)A·cm~(-2)。Mg2_Si/Si异质结中间界面态密度也不宜超过1×10~(11)cm~(-2)。