1 南京工业大学 数理科学学院， 江苏 南京 211816
2 浙江农林大学 光机电工程学院， 浙江 杭州 311300
随着信息化时代的高速发展，对微电子器件中光电材料的选择、新功能的开发提出了更高的要求。传统光电器件大多利用半导体材料在光照下电导率增加的正光电导性效应进行功能化设计。近年来，研究发现还存在另一种反常的光电导效应——负光电导（Negative photoconductivity，NPC），即在光照条件下电导率降低，由于其在光电探测、逻辑器件、神经形态器件、低功耗非易失性存储器方面的潜在应用而备受关注。NPC的产生机制一般包括载流子的俘获效应、表面分子的吸附-解吸、表面等离子体极化激元和局域表面等离子体共振、光辐射热效应等。本文详细讨论了不同光电器件中NPC产生的物理机制，分析了材料选择、器件结构设计、能带结构变化对不同异质结器件中NPC效应的影响，概括了光电器件中负光电导效应的实际应用，这为光电器件的性能优化和新型光电器件设计提供了重要参考，为未来异质结光电信息器件实现尺寸更小、光导增益更高、速率更快、功耗更低奠定了科学基础。
负光电导 应用 光电器件 negative photoconductivity application optoelectronic devices
1 1.宁波工程学院 电子与信息工程学院, 宁波 315211
2 2.中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201
3 3.中国科学院 脑科学与智能技术卓越创新中心, 上海 200031
4 4.中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100029
5 5.浙江大学 温州研究院, 温州 325006
类脑神经形态计算通过电子或光子器件集成来模拟人脑结构和功能。人工突触是类脑系统中数量最多的计算单元。忆阻器可模拟突触功能, 并具有优异的尺寸缩放性和低能耗, 是实现人工突触的理想元器件。利用欧姆定律和基尔霍夫定律, 忆阻器交叉阵列可执行并行的原位乘累加运算, 从而大幅提升类脑系统处理模拟信号的速度。氧化物制备容易, 和CMOS工艺兼容性强, 是使用最广泛的忆阻器材料。本文梳理了氧化物忆阻器的研究进展, 分别讨论了电控、光电混合调控和全光控忆阻器, 主要聚焦阻变机理、器件结构和性能。电控忆阻器工作一般会产生微结构变化和焦耳热, 将严重影响器件稳定性, 改进器件结构和材料成分可有效改善器件性能。利用光信号调控忆阻器电导, 不仅能降低能耗, 而且可避免产生微结构变化和焦耳热, 从而有望解决稳定性难题。此外, 光控忆阻器能直接感受光刺激, 单器件即可实现感/存/算功能, 可用于研发新型视觉传感器。因此, 全光控忆阻器的实现为忆阻器的研究和应用打开了一扇新窗口。
氧化物忆阻器 光电器件 人工突触 类脑神经形态计算 综述 oxide memristor optoelectronic device artificial synapse brain-inspired neuromorphic computing review
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春 130000
2 中国科学院大学，北京 100049
空间科学仪器广泛使用基于四象限光电探测器的太阳导行镜指向跟踪系统来实现对日精确指向控制。为满足对日指向高精度高稳定性需求，提出面向空间应用的四象限光电探测器筛选方法，研制针对四象限光电探测器的筛选系统。通过对比筛选试验前后四象限探测器的暗电流、响应度及象限响应度均匀性等参数变化，依据判别准则分析探测器的空间环境适应性，剔除可能存在的早期失效或性能差异变化较大的探测器。试验结果表明：研制的筛选系统具有高准确度，系统前端等效输入电流噪声为 0.58 fArms，通过筛选试验后依据评估标准最终优选的四象限光电探测器各通道暗电流绝对值最大值为 6.08 pA，各通道的响应度变化最大值为 0.716%，各象限响应度非一致性筛选前后变化最大值为 1.24%。最终将该四象限探测器应用至太阳导行镜指向跟踪系统上，满足航天环境条件的使用要求。该筛选装置及筛选方法可实现对面向空间应用的四象限光电探测器的筛选，且对其他光电器件筛选具有借鉴意义。
筛选 四象限探测器 航天 光电器件 导行镜 screening, four-quadrant detector, aerospace, opto
全无机卤化双钙钛矿是一类具备优异光电特性和稳定性的环境友好型非铅材料。因其在太阳能电池、光电探测器和发光二极管中具有巨大的应用潜力，受到国内外研究人员的青睐。本综述主要围绕全无机卤化双钙钛矿的结构特点和光电特性展开研究，重点对全无机卤化双钙钛矿的制备方法和应用方向进行归纳。最后，进一步总结了全无机卤化双钙钛矿材料目前的科学瓶颈及解决方案，期望对全无机卤化双钙钛矿的材料性能提升和光电器件应用提供有价值的参考。
全无机卤化双钙钛矿 光电性质 制备工艺 光电器件 All-inorganic halide double perovskites photoelectrical properties preparation process optoelectronic devices
1 南京理工大学材料科学与工程学院, 南京 210094
2 苏州大学能源与材料创新研究院, 江苏 苏州 215006
经过大半个世纪的算法模型积累, 以数据科学为基础的机器学习方法, 已经可以适配多项学科的研究需求。在理论与实验积累的数据基础上, 机器学习紧跟各个领域的研究潮流, 推动数据密集型科学研究的发展, 使其成为继“理论”、“计算”、“实验”后引领科学研究的“第四范式”。在材料科学领域, 钙钛矿材料具有构成丰富、带隙可调、发展空间广阔等优势, 但还未在其适用领域内达到环境友好等实用标准。因而基于机器学习探索钙钛矿材料及其应用, 不仅可以加速新型钙钛矿材料的发现, 而且可以探究钙钛矿材料种种优异性能与其物理化学特征之间的关联, 为发展环境友好型高性能钙钛矿器件提供指导。在此总结了机器学习结合钙钛矿材料的研究优势与研究流程, 综述了机器学习在钙钛矿材料性质与器件探索方面的研究进展, 探讨了当下面临的研究困境和挑战, 展望了未来的研究方向和发展趋势。
钙钛矿材料 机器学习 材料物性 光电器件 perovskite materials machine learning material properties photoelectric device
MoTe2由于其类石墨烯的堆叠方式和丰富的相结构而引起科研人员的广泛研究，特别是合适的禁带宽度使其在光电器件领域有着光明的应用前景。基于非平衡格林函数密度泛函理论,通过第一性原理计算方法，研究了不同原子空位缺陷对单层2HMoTe2光电效应的影响。结果表明：不同空位缺陷下2HMoTe2器件的光电流函数与唯象理论相符合。光子能量在1.0~2.8 eV时，2Te空位缺陷对单层2HMoTe2的光电流有显著提升，特别是在光子能量2.6 eV时获得所有器件的最大光电流。利用能带结构发现不同原子空位缺陷都导致单层2HMoTe2的价带向高能级处偏移,而导带向低能级处偏移，减小了带隙，在线性偏振光的照射下有利于电子从价带跃迁到导带形成光电流。同时发现1Te空位缺陷和Mo空位缺陷的单层2HMoTe2在远离费米能级处具有相似的能带结构，从而导致在光子能量大于1.6 eV时，1Te空位和Mo空位器件的光电流随光子能量的变化拥有相同的变化趋势。这些计算结果可以用于指导MoTe2光电器件的设计。
光电器件 光电效应 第一性原理 能带结构 空位缺陷 2HMoTe2 2HMoTe2 optoelectronic device photogalvanic effect firstprinciple band structure vacancy defect
1 上海工程技术大学机械与汽车工程学院, 上海 201620
2 东华大学材料科学与工程学院, 上海 201620
随着半导体技术的广泛应用, 低维纳米材料及其范德瓦尔斯异质结以其独特的结构、优异的性能以及广阔的潜在应用前景而得到广泛关注。二维过渡金属二硫化物(Transition Metal Dichalcogenide Family of Materials, TMDs)的出现, 为解决石墨烯材料带隙设计问题提供了新思路和新方案。主要介绍了二硫化钼及其与金属氧化物、金属颗粒、低维碳材料、MXenes等材料耦合形成的异质结材料的合成技术。综述了二硫化钼及其范德瓦尔斯异质结材料在新能源领域、光电子领域的应用。最后, 展望了二硫化钼及其范德瓦尔斯异质结材料与金属等离子体纳米结构组成的新型复合材料及其在光电领域的应用潜力。
二硫化物 异质结 电催化 光热效应 光电器件 molybdenum disulfide heterjunction electrocatalysis photothermal effect optoelectronic device
红外与激光工程
2022, 51(5): 20210637
1 重庆邮电大学光电工程学院, 重庆 400065
2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 400714
WS2由于其优异的物理和光电性质引起了广泛关注。本研究基于第一性原理计算方法, 探索了本征单层WS2及不同浓度W原子替位钇(Y)掺杂WS2的电子结构和光学特性。结果表明本征单层WS2为带隙1.814 eV的直接带隙半导体。进行4%浓度(原子数分数)的Y原子掺杂后, 带隙减小为1.508 eV, 依旧保持着直接带隙的特性, 随着Y掺杂浓度的不断增大, 掺杂WS2带隙进一步减小, 当浓度达到25%时, 能带结构转变为0.658 eV的间接带隙, WS2表现出磁性。适量浓度的掺杂可以提高材料的导电性能, 且掺杂浓度增大时, 体系依旧保持着透明性并且在红外光和可见光区对光子的吸收能力、材料的介电性能都有着显著提高。本文为WS2二维材料相关光电器件的研究提供了理论依据。
二维材料 第一性原理 Y掺杂 电子结构 光学性质 光电器件 two-dimensional material WS2 WS2 first-principle Y doping electronic structure optical property photoelectric device
