Light Adv. Manuf. | 1D核壳结构在宽光谱光电探测中的应用

学术 2024-12-20 19:51 吉林

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本文由论文作者团队撰稿

导读

高度有序的一维（1D）半导体纳米结构具有更大的比表面积和更好的光吸收性能，在构建高性能集成光电器件方面具有显著优势。通过选择不同功能材料，构建核壳径向异质结，可以实现能带上的灵活调节和功能上的高度集成。尽管如此，目前的研究仍然难以获得清晰、完整的核壳界面，大多以粗糙的纳米粒子或多晶外壳为主，难以满足形成理想异质结构的物理标准。

东南大学的徐春祥教授领导的研究团队在一维核壳径向异质结构的宽光谱光电探测器领域取得了新的进展。他们通过经典的磁控溅射技术构建了界面清晰的1D核壳径向异质结，制备得到了基于级联II型能带结构的宽光谱探测器件，实现了从紫外线到可见光乃至近红外的宽光谱探测。

相关研究成果以“One-dimensional core/shell radial heterojunction with cascade type-II energy-band alignment for enhanced broadband photodetection”为题发表在Light: Advanced Manufacturing。

该研究受国家自然科学基金项目和江苏省基础研究计划项目的支持与资助。东南大学生物科学与医学工程学院博士研究生马懿为第一作者，徐春祥教授与石增良副教授担任共同通讯作者。

研究团队通过化学气相沉积（CVD）在SiO₂/Si衬底上生长垂直排列的ZnO纳米棒阵列，然后通过磁控溅射技术在阵列表面沉积CdS和CdTe壳层，构建了界面清晰的1D ZnO/CdS/CdTe核壳纳米阵列径向异质结。

图1. 1D ZnO/CdS/CdTe核壳径向异质结示意图。

通过构建核壳结构，能够有效钝化1D ZnO的表面缺陷，抑制了器件的持续光电导效应，提升了器件的探测性能。CdS和CdTe的禁带宽度分别为2.40 eV和1.54 eV，以其为壳层，作为可见光和近红外光吸收材料，在功能上拓宽了1D ZnO纳米阵列光电探测器的光谱响应范围，实现从紫外到可见和近红外的探测。除了作为功能层之后，CdS 还可以作为 ZnO和CdTe之间电子和空穴的传输的桥梁。因此，ZnO、CdS和CdTe之间的阶梯级联II型能带排列有助于在不同异质界面上有效分离光生载流子。优化后的1D ZnO/CdS/CdTe核壳异质结光电探测器在0V偏压下展现出了快速的光响应，具有较高的响应度和探测度。

图2. (a) ZnO, ZnO/CdS和ZnO/CdS/CdTe纳米阵列的紫外-可见光漫反射光谱；(b) ZnO, ZnO/CdS和ZnO/CdS/CdTe纳米阵列的光致发光光谱；(c) 0.43 mW/cm⁻²光强下ZnO/CdS/CdTe纳米阵列I-V特性；(d~f) 0V偏压，ZnO/CdS/CdTe纳米阵列在周期性开关325，520和808 nm光源下的I-T特性。

图3. ZnO/CdS/CdTe核壳异质结Ⅱ型能带结构示意图。

该研究为合理设计和可控制备高质量核壳异质结构和构建新型光电器件的便捷方法提供了重要参考，对于磁控溅射技术、异质结构能带工程以及光电探测器的进一步发展具有重要意义。

论文信息

Yi Ma, Chunxiang Xu, Mengyang Wu, Fumeng Zhang, Xiaoxuan Wang, Jianqi Dong, Qiannan Cui, Zengliang Shi. One-dimensional core/shell radial heterojunction with cascade type-II energy-band alignment for enhanced broadband photodetection[J]. Light: Advanced Manufacturing 5, 40(2024).

https://doi.org/10.37188/lam.2024.040

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Light: Science \x26amp; Applications创刊于2012年3月29日，是由中科院长春光机所与英国自然出版集团(NPG)合作出版的全英文开放获取国际光学学术期刊，2013年10月先后被国际著名检索系统SCI 及Scopus收录

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