钙钛矿基宽谱带光电探测器

钙钛矿材料凭借可调带隙、高光吸收系数和低激子结合能等优势,在半导体光伏和光电探测领域大放异彩。普适性的铅基钙钛矿吸收范围通常集中在UV到Vis区域,而窄带隙的纯锡基或者锡铅混合钙钛矿其吸收光谱仍局限于~1060 nm以内的近红外范围,受限于未来复杂场景的应用及探测成像。通过将钙钛矿与窄带隙半导体结合构建“钙钛矿/半导体”复合异质结可以进一步扩展光谱范围并提高吸收效率。本综述总结了钙钛矿基宽谱带光电探测器在探测性能优化、单体材料优异性能、复合材料优选工程等方面的进展,并探讨了宽谱探测器在光谱响应、像素集成、柔性器件开发和稳定性等方面的进展和应用前景。本综述将有助于推动钙钛矿基宽谱带光电探测研究及其未来成像应用。

Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料的制备及其紫外光光电探测性能

分别采用旋涂法和水热法在FTO衬底上制备Co_(3)O_(4)种子层和Co_(3)O_(4)薄膜,再在Co_(3)O_(4)薄膜上水热生长Fe_(2)O_(3)纳米棒,获得了高质量的Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料。通过改变Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度来改变异质结复合材料中Fe_(2)O_(3)组分的含量。结果表明,Fe_(2)O_(3)纳米棒覆盖在呈网状结构的Co_(3)O_(4)薄膜上,随着Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度即Fe_(2)O_(3)组分含量的增加,Co_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)异质结复合材料对紫外光的响应逐渐增强,当Fe_(2)O_(3)前驱体溶液浓度为0.015mol/L时,异质结复合材料有着很好的光电稳定性,并表现出较高的响应率(12.5mA/W)和探测率(4.4×10^(10)Jones)。

铁电效应调控的高性能p-NiO/i-BaTiO_(3)/n-ITO自供能紫外光电探测器

近年来,自供能的紫外光电探测器由于无需任何外部偏压即可工作而成为军事和民用领域的研究热点。其中,钛酸钡(BTO)作为一种宽禁带铁电材料,拥有良好的铁电、压电和热电性能,可以产生本征自发极化场来分离光生载流子,从而实现自供能紫外光电探测。到目前为止,基于BTO的自供能光电探测器已经取得了巨大进展,然而,除了使用高质量的单晶材料外,所报道的器件往往表现出低响应度(10^(-8)~10^(-7) A·W^(-1))。本文利用低成本的射频溅射技术,制造了一种高性能的NiO/BTO/ITO p-i-n异质结构自供能紫外光电探测器。通过将BTO的铁电去极化场和p-i-n结的内建电场耦合,能有效提高光生载流子的分离和迁移。因此,该器件在正极化态下255 nm波长紫外光照射下的响应度可以达到3.4×10^(-5) A·W^(-1),远远高于其他已报道的基于非晶态和陶瓷BTO制备的紫外光电探测器。此外,该器件具有0.3 s/0.4 s的快速响应时间。本工作为提高BTO光电探测器的性能提供了一种新的策略。

高性能PtS_(2)/MoTe_(2)异质结红外光电探测器

由于光电探测器的工作性能直接关系到系统数据采集质量,为此,对高性能PtS_(2)/MoTe_(2)异质结红外光电探测器进行了研究。通过选取材料、试剂和设备制作了PtS_(2)/MoTe_(2)异质结红外光电探测器。搭建探测器性能测试环境,并利用光响应度、探测率、响应时间和光电导增益4个指标,分析探测器性能。结果表明,随着测试时间的推移,PtS_(2)/MoTe_(2)异质结红外光电探测器的光响应度数值始终处于5 A/W限值以上;无论对采集何种材质反射的红外光,探测器探测率均大于10 cm·Hz1/2 W^(-1);无论光生电流是处于上升还是下降时间,其响应时间始终在限值150μs以下;光电导增益值保持在80%以上。

基于机械剥离制备的PEDOT:PSS/β-Ga_(2)O_(3)微米片异质结紫外光电探测器研究

β-Ga_(2)O_(3)具有超宽带隙(约4.9 eV)、高的击穿电场(约8 MV/cm)、良好的化学稳定性和热稳定性等优点,是一种很有前途的制备紫外光电探测器的候选材料.由于未掺杂的β-Ga_(2)O_(3)为n型导电,所以制备p型β-Ga_(2)O_(3)面临很多困难,从而制约了同质PN结的开发与应用.聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)是一种p型导电聚合物,在250—700 nm有着较高的透明度,采用p型有机材料PEDOT:PSS和n型β-Ga_(2)O_(3)构成的异质结可能为PN结型光电器件的研制提供一种途径.本文利用机械剥离法从β-Ga_(2)O_(3)单晶衬底上剥离出单根β-Ga_(2)O_(3)微米片,微米片的长度为4 mm,宽度为500μm,厚度为57μm.将有机材料PEDOT:PSS涂覆在剥离出来的微米片的一侧制备出PEDOT:PSS/β-Ga_(2)O_(3)无机-有机异质结的紫外光电探测器,器件表现出典型的整流特性,而且发现器件对254 nm紫外光敏感,具有良好的自供电性能.该异质结紫外探测器的响应度和外量子效率分别为7.13 A/W和3484%,上升时间和下降时间分别为0.25 s和0.20 s.此外,3个月后器件对254 nm紫外光的探测性能并未发现明显的衰减现象.本文的相关研究工作将对研发新型紫外探测器提供了新的思路和理论基础.

基于硅/二维层状材料异质结的红外光电探测器研究进展

红外光是一种频率介于微波和可见光范围之间的电磁波,在光通信、人工智能、医用治疗、军事探测和航空航天等领域具有广泛的应用。硅的带隙为1.12 eV,导致硅基光电探测器的截止波长短(约1.1 mm)。近年来,研究发现了新型二维层状材料,它们具有带隙可调、载流子迁移率高、光谱响应宽、暗电流低、稳定性高以及制备工艺与互补金属氧化物半导体(Complementary metal oxide semiconductor, CMOS)工艺兼容等诸多优点,引起了研究人员的广泛关注。通过将硅与二维层状材料结合,能够有效地将硅基光电探测器的探测波段向波长超过1.1 mm的红外光波段拓展。本文着重介绍了近年来可探测波长超过传统硅光电探测器的基于硅/二维层状材料异质结的光电探测器在近红外和中红外光波段的研究进展并展望了其发展前景。

氧分压对a-Ga_(2)O_(3)基日盲紫外光电探测器性能的影响研究

非晶氧化镓(a-Ga_(2)O_(3))基日盲紫外光电探测器的性能与a-Ga_(2)O_(3)薄膜内的氧空位有关,氧空位的浓度制约着探测器的响应度和响应速度。为了在探测器的响应度和响应速度之间达到平衡,本文通过微调射频磁控溅射过程中的氧分压,调控薄膜内的氧空位浓度,并在此基础上成功制备金属-半导体-金属(metal-semiconductor-metal,MSM)型日盲紫外探测器。研究结果显示,通过掺入氧气能减少薄膜内的氧空位,改善薄膜的致密度。适当条件的氧分压可以使探测器在维持良好响应度的前提下,同时拥有较快的响应速度,在两种互相制约的特性上达到了平衡。特别地,在3%氧分压条件下制备得到的日盲探测器在254 nm、80μW/cm^(2)的紫外光照射下具有2.6 A/W的响应度以及2.2 s/0.96 s的快速响应速度。

GaN外延材料及其自供电紫外光电探测器研究进展

近年来,自供电Ga N基紫外光电探测器凭借具有的紫外敏感性、高稳定性及便携应用等特点,在紫外通信、紫外辐射检测以及导弹追踪等领域具有重要的应用前景。但其发展依旧面临着材料位错密度高、器件性能差、器件集成度低等问题。为了解决上述问题,科研工作者开展系统地研究并取得了重要进展。本文从材料缺陷控制、器件结构设计和器件集成应用三个方面讨论了自供电Ga N基紫外光电探测器的研究进展,并展望了其发展前景。

基于四氯铁酸铯(CsFeCl_(4))薄膜的柔性紫外光电探测器

本研究旨在改进传统紫外光电探测器,以提升其在波长选择性、工作电压和结构方式等方面的性能。通过高温固相反应法制备了四氯铁酸铯(CsFeCl_(4))半导体粉末,并制备了基于CsFeCl_(4)的紫外光电探测器。CsFeCl_(4)的光电特性表征和密度泛函理论(DFT)计算表明其具有3.28 eV的直接带隙。在70μW/cm的365 nm光源光照下,紫外光电探测器表现出的最高响应率为36.5 mA/W,响应上升时间和下降时间分别为4.7和6.6 s。基于柔性基底的紫外光电探测器展现出优秀的光响应特性和力学稳定性,在经历200次弯曲循环后,电流仍能保持99%以上。对CsFeCl_(4)卤化物半导体进行了系统研究,展示了其在未来紫外光光电器件中的潜在应用价值。

基于范德瓦尔斯材料的红外光电探测器研究进展

近年来,基于二维范德瓦尔斯材料的本征吸收、能带调制、结构设计以及新原理的红外光电探测器展现了巨大的潜力,并取得了突出的研究成果。对该领域的研究进展进行系统总结和分析,有助于进一步促进范德瓦尔斯材料在红外光探测领域的应用。基于此,本文首先概述了红外光电探测器的发展历程和分类。进而,重点总结并分析了范德瓦尔斯材料在红外光电探测器的红外光响应机制。在此基础上,进一步阐述了范德瓦尔斯材料红外光电探测器的性能优化方法、机制和进展。最后,对二维范德瓦尔斯材料在红外光探测器领域存在的问题和未来发展方向作了系统总结和展望。

高增益ZnO肖特基紫外光电探测器光响应特性

ZnO宽禁带半导体紫外光电探测器具有稳定性高、成本低等诸多优势,在国防、医疗、环境监测等领域具有重要的应用前景。本文采用射频磁控技术在SiO_(2)衬底上制备了ZnO薄膜,在此基础上获得了具有高增益的金属-半导体-金属(MSM)结构的ZnO紫外光电探测器。10 V偏压下,探测器的响应度和外量子效率分别为4.90 A/W和1668%。这是由于光照情况下,半导体与金属界面处的空穴俘获产生高增益所导致的。此外,进一步研究了增益效应、外加偏压和耗尽层宽度对ZnO紫外光电探测器响应度的调控规律与影响机制,为高性能紫外光电探测器的研制与性能调控提供了重要的参考依据。

切割角蓝宝石基氧化镓薄膜MOCVD外延及日盲紫外光电探测器制备

本文使用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)法在不同切割角的c面蓝宝石衬底上外延氧化镓(β-Ga_(2)O_(3))单晶薄膜,揭示了衬底切割角对外延薄膜晶体质量的影响规律。研究表明,当衬底切割角为6°时,β-Ga_(2)O_(3)外延膜具有较小的X射线摇摆曲线半峰全宽(1.10°)和最小的表面粗糙度(7.7 nm)。在此基础上,采用光刻、显影、电子束蒸发及剥离工艺制备了金属-半导体-金属结构的日盲紫外光电探测器,器件的光暗电流比为6.2×10^(6),248 nm处的峰值响应度为87.12 A/W,比探测率为3.5×10^(15) Jones,带外抑制比为2.36×10^(4),响应时间为226.2μs。

工作面地质构造震电探测响应特性与佐证分析

为验证震-电联合探测技术在地质构造与瓦斯富集区域探测可靠性与准确性,提出无线电波探测、地震槽波探测与瓦斯涌出变化相结合的方法,开展工作面震-电联合探测响应特性与佐证分析研究。研究结果表明:通过0.30 MHz频率无线电波定点扫描方法可穿透工作面后稳定接收,根据探测衰减系数、相对衰减值圈定异常区域并实现工作面透视层析成像与地质解释;通过槽波双透射方法,探明工作面内部体波发育且相轴连续、槽波发育区域与工作面煤厚趋近一致,根据体波与槽波联合反演实现工作面地震槽波反演与地质解释;基于震-电联合探测技术,可将工作面划分为正常段、裂隙发育段、瓦斯富集段等不同属性区段,同时,工作面回采期间瓦斯涌出特征与探测成果的工程响应有效验证震-电联合探测成果。研究结果可有效实现工作面地质构造与瓦斯富集的超前探测,为工作面通风与瓦斯治理提供较好的理论依据与技术指导,也可为矿井智能精准开采与地质透明化提供参考借鉴。

溶液法制备AgBi_(2)I_(7)薄膜及其光电探测性能研究

AgBi_(2)I_(7)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AgBi_(2)I_(7)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AgBi_(2)I_(7)薄膜,构建AgBi_(2)I_(7)/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30 nm)。在3 V偏压和350 nm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1.53×10^(14)Jones的高探测率。研究表明溶液法制备的AgBi_(2)I_(7)薄膜有望应用于构建高性能的异质结紫外光电探测器。

基于近场静电雾化工艺制备ZnO薄膜及其紫外光电探测性能

氧化锌(ZnO)光电敏感薄膜的精确喷印是集成制造的关键.本文采用近场静电雾化工艺制备ZnO光电敏感薄膜,通过缩短喷头至收集板距离,并缩小薄膜的沉积区域线宽,使纳米颗粒均匀分布在150~250μm线宽内.考察了不同喷印工艺对薄膜结构的影响.喷印次数增加,薄膜内的纳米颗粒分布密度增加,纳米颗粒间形成连续均匀分布,薄膜沉积线宽随施加电压和喷头至收集板距离的增大而增大.测试了不同ZnO薄膜结构对紫外光电探测器性能的影响,当紫外光强为3500 mW/cm 2时,响应光电流可达464μA,为暗电流的266.7倍,表现出了良好的光电探测性能,并具有良好的稳定性和可重复性.

基于SnSe_(2.37)薄膜材料的高性能近红外光电探测器

二维材料二硒化锡(SnSe_(2))具有高迁移率、高光吸收率和窄带隙的特点,被视为近红外(NIR)光电探测器的候选材料。然而SnSe_(2)在制备和生长的过程中会产生一定数量的硒空位,对SnSe_(2)近红外光电探测器的性能造成不利的影响。首先采用化学气相输运(CVT)法制备硒过量的二硒化锡(SnSe_(2.37))单晶,X射线光电子能谱(XPS)结果表明,Sn和Se的原子数比约为1∶2.37。然后通过机械剥离法从高品质的单晶上分离出横向尺寸为14μm×37μm且厚度为2 nm的SnSe_(2.37)薄膜材料。最后使用光刻图形转移法制备高性能的NIR光电探测器。经过测试,该NIR光电探测器对850 nm的近红外光表现出优异的光电探测性能,其中响应度可达2820 A·W^(-1),归一化探测率为1.02×10^(13)Jones,外量子效率为4.12×10^(5)%,响应时间为15 ms。

薄膜厚度对Pb,La(Zr,Ti)O_(3)铁电薄膜基自供电紫外光电探测器性能影响研究

目前半导体基自供电紫外光电探测器由于光生电子和空穴不能有效分离,因此灵敏度较低。铁电体具有宽的光学带隙(>3 eV)和大的退极化场,因此被认为是研制高性能自供电紫外光电探测器的重要候选材料。基于此,采用溶胶-凝胶法制备了层数不同的Pb_(0.93) La_(0.07)(Zr_(0.2) Ti_(0.8))_(0.985)O_(3)(PLZT)铁电薄膜并研制出了基于Au/PLZT/FTO垂直结构的自供电紫外光电探测器。研究结果表明:通过合理调整极化电压的方向,极化电压能对光电响应性起到加强作用。在+2 V极化电压下,旋涂层数为3层(厚度约为140 nm)的Au/PLZT/FTO光电探测器拥有最佳的自供电紫外光电响应,高的光/暗电流比为3750、大的响应度为13.1 mA/W、高的探测率为4.11×10^(11) Jones以及快的响应速度为20 ms/30 ms。

一种基于MAPbI_(3)纳米片的紫外光电探测器设计

通过空间限域法制备了不同厚度的MAPbI_(3)纳米片,并在纳米片两端蒸镀平行电极,制备成光电导型光电探测器。器件分析表明,随着MAPbI_(3)纳米片厚度的减小,器件的最大响应位置从可见光区域蓝移到紫外波段。这表明,基于超薄MAPbI_(3)纳米片的光电探测器可以实现紫外光选择性探测。器件在300 nm光照下的进一步分析表明,随着光强的增加,器件的光电流不断增加。在3 V偏压,0.0585 mW/cm^(2)光照强度下,器件的响应度最大为26.9 mA/W。

AlInGaN/GaN PIN紫外光电探测器的研制

用AlInGaN四元合金代替AlGaN作为PIN探测器的有源层,研制出AlInGaNPIN紫外探测器。详细介绍了该器件的结构设计和制作工艺,并对器件进行了光电性能测试。测试结果表明,器件的正向开启电压约为1.5 V,反向击穿电压大于40 V;室温-5 V偏压下,暗电流为33 pA,350 nm处峰值响应度为0.163 A/W,量子效率为58%。

具有变革性特征的红外光电探测器

现代红外光电探测技术有着近八十年的历史.从二战期间第一个可实用PbS红外探测器到第三代红外光电探测器概念的提出,红外光电探测技术经历了翻天覆地的变化.以碲镉汞、锑化铟、铟镓砷为代表的传统红外光电探测器已在军事、遥感、通信、生命科学和宇宙探索等领域发挥着至关重要的作用.随着人类对光电探测不断增长的需求,尤其近几年来在人工智能、大数据、智慧城市等方面对红外信息的探测和智能感知有着强烈的需求,大幅降低红外光电探测器的尺寸(size)、重量(weight)、功耗(power)和价格(price),以及提高探测器的性能(performance)迫在眉睫.因此,要满足上述需求,必须要寻找具有变革性特征的红外光电探测器件.当前红外探测器正处于新旧更迭的时代,一大批新型红外光电探测器涌出.本文系统地介绍了一些具有变革性特征的红外探测器前沿内容,主要包括:人工光子微结构调控的新型红外探测器、基于能带工程的红外探测器、新型低维材料红外探测器,以及传统红外探测器的新方向.最后,展望了红外光电探测未来发展面临的机遇和挑战.