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PR Highlight (Vol. 11, Iss. 4): 首次将钙钛矿材料与III-V族GaAs纳米线材料异质结合构筑混合维高性能光电探测器

发布:lina000288阅读:588时间:2023-11-29 09:47:10

亮点 | 首次将钙钛矿材料与III-V族GaAs纳米线材料异质结合构筑混合维高性能光电探测器

 

高性能光电探测器广泛应用于光学成像和传感、环境监测、化学/生物传感等领域,在**及民用领域具有重要意义。近些年随着应用领域不断扩大,对光电探测器性能及能够实现多波段探测的需求日益增加,其中以GaAs纳米线为代表的III-V族半导体材料,由于其具有高电子迁移率及光电转换效率,在光电探测领域得到广泛研究,以GaAs纳米线构筑光电探测器,有利于实现高性能多波段探测。

 

然而基于GaAs纳米线探测器的研究还存在一定问题,一维纳米线固有的大表体比使纳米线表面具有大的表面缺陷从而捕获载流子,以及固有的能带结构限制了其吸收波段,导致GaAs基纳米结构光电探测器响应波段及性能受限。

 

为了解决上述问题,魏志鹏教授团队提出将具有高吸收系数的钙钛矿材料与GaAs纳米线材料异质结合,构筑混合维高性能光电探测器。通过钙钛矿材料提升器件光响应的同时,钙钛矿-GaAs纳米线异质结合构筑的II-型能带结构也会促进载流子分离,提升纳米线中空穴载流子浓度,最终实现高性能多波段探测,本研究为多维材料的异质结合提供了一种有效方法,钙钛矿/GaAs纳米线混合光电探测器在光通信、数字成像和夜间监测等领域具有广阔的应用前景。相关研究成果发表于Photonics Research 2023年第4期。

 

如图1所示,P型GaAs纳米线光电探测以空穴载流子为主,通过与设计的能带匹配的钙钛矿材料异质结合,构筑II-型能带结构,促进载流子分离,有效提升纳米线中空穴浓度,提升光电流及响应速度。此外钙钛矿覆盖在纳米线表面,提升单根纳米线光电探测器光响应能力,减少纳米线表面缺陷,抑制暗电流,最终在紫外和可见光波段实现光电探测器响应度、探测率及响应速度等多方面探测参数的性能提升。

 

图1单根GaAs纳米线及异质结构光电探测器的能带结构示意图和探测性能对比。

 

该文通讯作者魏志鹏教授表示:“目前混合维异质结构光电探测器实现了性能全方面提升,相比传统探测具有一定优势,后续团队将针对红外波段探测进行研究,进一步提升器件的探测性能,实现紫外-可见-红外多波段探测。”