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原文DOI：10.15541/jim20240094
引用本文：
YANG J L, WANG L J, RUAN S Y, et al. Highly Weak-light Sensitive and Dual-band Switchable Photodetector Based on CuI/Si Unilateral Heterojunction. J. Inorg. Mater., 2024, 39(9): 1063-1069.
内容介绍
Fabrication and testing schematic diagram
基于宽禁带半导体的透明导电薄膜是构成光电子器件的关键材料，常见的宽禁带半导体多为n型导电，p型掺杂困难，限制了双极性光电子器件的发展。碘化亚铜(CuI)是一种新兴的p型宽禁带半导体，具有空穴高迁移率、紫外强吸收和高激子结合能等特点，在光电探测器、光伏电池和发光二极管等众多光电器件中极具应用潜力。目前已有报道的CuI基光电探测器主要检测紫外光，响应光谱选择性和光电转换效率有限。能够与传统硅半导体工艺相兼容的高性能、多功能CuI基薄膜器件的研制成为一大挑战。
Structural and electrical characterization of the obtained CuI thin film
华东师范大学极化材料与器件教育部重点实验室杨长研究员团队采用简易的金属碘化法制备了一种p-CuI/n-Si光电二极管。利用p+n型异质结的特性实现了器件极高的缺陷耐受性，基于多晶CuI薄膜获得了高达7.6×104的二极管整流比。这一特殊器件结构还可实现光响应波段的可选性：在零偏压下，该器件为单边异质结，耗尽区几乎完全位于单晶硅一侧，仅可见光被Si基底吸收响应；当施加–3 V偏压时，二极管耗尽区有Si拓展至CuI层，对紫外光和可见光同时形成响应。因此，通过偏置电压的调节，即可使检测波长范围在“可见”和“紫外-可见”两种波段之间切换。此外，本研究所得到的CuI/Si探测器对弱光辐照非常敏感，在光功率密度降低至0.5 μW/cm2 时可实现高达1.15 A/W（零偏压）的探测度，在同类二极管中具有显著优势。
综上所述，CuI/Si异质结器件有效结合了高性能P型CuI和高质量n型Si两种材料的特点与优势，证实了CuI宽禁带半导体的传统Si工艺兼容性和光电器件应用潜力。
I-V characteristic curve of the CuI/Si heterojunction
本文亮点
1. 本工作采用简易碘化法制备了多晶CuI薄膜，并与Si集成获得p-Cul/n-Si二极管，该二极管显示出高整流比和低暗电流，表现出良好的缺陷容忍度。
I-V characteristic curves of the CuI/Si photodiode under different laser light wavelengths with a light power density of 50 μW/cm2
2. 本研究所制备的单边异质结二极管，其光谱响应可以通过调节偏置电压在“可见”和“紫外-可见”波段之间便捷切换。
Responsivity of the CuI/Si photodiode as a function of light power density and responsivity under specific light intensity
3. 该二极管对弱光高度敏感，可实现高达1014 Jones 的探测率，比其他铜基二极管高出100倍以上，展示了Cul与传统Si工艺相结合的高应用潜力。
同行评议
1. 该论文研究了新型CuI透明导电薄膜与Si构成的光电二极管，发现其具有高整流比和低暗电流特征，并在不同偏压下表现出不同的响应光谱特性。论文数据充分，讨论扎实。
2. 该研究通过简便的碘化法制备了p-CuI/n-Si光电二极管,该二极管表现出极高的微光灵敏度和高达7.6×104的整流比，表明该器件对缺陷具有很好的耐受性。该器件的检测波长范围能够在“可见光”和“紫外-可见光”波段之间通过调节偏压自由切换，并可实现高达1013~1014 Jones的探测度，显著优于其他铜基光电二极管。该研究展示了CuI半导体与传统硅技术集成时的应用潜力。文章实验分析的结论较为可信，具有一定应用价值。
3. In this work, the authors reported a high-performance photodetector based on CuI/Si unilateral heterojunction using a facile solid-phase iodination method. The unilateral diode structure device exhibited a dual-band switchable behavior and performs a good defect tolerance. The detection wavelength range can be switched between the "Visible" and "UV-Visible" bands by adjusting the bias voltage. This work is interesting.
作者简介
通讯作者：华东师范大学电子科学系研究员、博导，极化材料与器件教育部重点实验室副主任。国家海外高层次青年人才，中国科协海智计划特聘专家。研究方向聚焦于新型透明电子材料与器件，作为项目负责人获得中德多项国家级项目资助，包括德国科学基金会（DFG）重点项目群项目与面上项目、国自然面上项目等。相关成果发表于PNAS、Nature Commun.等国际期刊，被中国新闻网、新浪网、WorldNews等二十多家中外媒体报道。获2023全球“未来产业之星”大赛最高奖项。
E-mail: cyang@phy.ecnu.edu.cn
第一作者：杨佳霖，华东师范大学物理与电子科学学院硕士研究生在读，主要从事CuI基异质结器件研究。
E-mail: 51214700087@stu.ecnu.edu.cn
期刊介绍
《无机材料学报》创刊于 1986 年，主要报道包括结构陶瓷材料、信息功能材料、能源与环境材料、生物材料等方面的最新研究成果 , 设有综述、研究论文和研究快报(英文)版块，目前已被SCI-E、EI、Scopus、CA、CSTPCD、CSCD、CNKI、CJCR等数据库收录，入选 “高质量科技期刊分级目录——材料科学-综合类”T1区和“无机非金属领域高质量科技期刊分级目录” T1区期刊。
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