邹旭明副教授团队在微纳半导体光电器件研究上取得系列进展

创建于2020年08月28日 星期五作者 : 综合办 浏览量 :

        

光电探测器作为光电系统中接收端的核心器件,其性能指标直接影响到光电系统的整体性能。澳门新普京下载-软件游戏网址app官网网页邹旭明副教授聚焦新型半导体材料光电器件的研究,近期取得了系列进展,在国际高水平刊物上发表多篇研究论文。

传统光电探测器存在灵敏度低、噪声高、光谱带宽不足、光学结构设计复杂等缺点。基于光栅效应的光电晶体管是解决以上问题的选择之一,但目前普遍存在的迟滞效应妨碍器件的稳定运行,同时探测器也面临高线性度与高响应度难以并存的矛盾。为解决以上问题,团队以高迁移率二维半导体材料为导电沟道,高k材料/层状钙钛矿为光敏电介质,构筑二维半导体复合结构光电探测器。前者适应器件微型化、低功耗及超快传输性能的需求,后者实现高效率的光吸收,制备出具备超高灵敏度、强稳定性、高线性度、宽光谱响应范围光探测能力的高性能光电探测器。相关研究成果以“Rational design of Al2O3/2D perovskite heterostructure dielectric for high performance MoS2phototransistors”为题发表在Nature Communications,2020,11, 4266。

基于高k材料/层状钙钛矿光敏电介质的MoS2光电晶体管。

受光吸收层中陷阱电荷湮灭时间的影响,光电晶体管响应时间通常非常缓慢,超高灵敏度及快速响应时间难以同时实现。针对这一问题,研究团队基于Frenkel-Poole发射理论,在光电晶体管中构筑不对称肖特基势垒,对光吸收层中陷阱电荷施加强电场作用加以萃取,实现响应时间的精确调节。另外,传统光电二极管工作在反偏状态时,尽管具备暗电流低、响应时间快的优点,但是光电导增益受限,弱光探测能力不足。研究团队提出钙钛矿/黑磷/硫化钼光电二极管结构,将钙钛矿材料直接带隙、高吸收系数、低激子束缚能等优异的光学性质与二维半导体高迁移率、超薄平面结构特征相结合,实现具备低噪音、高光开关比、高增益、快速响应特征的光电探测器。上述工作发表在ACS Nano,2019,13, 4804-4813和Small,2019,15, 1901004。

另外,根据金属氧化物半导体制备工艺简单、成本低、与各种廉价柔性衬底相匹配的特点,研究团队基于钙钛矿/金属氧化物半导体异质结构,采用金属氧化物半导体作为导电沟道及钙钛矿封装保护材料,结合器件结构创新,制备出具备大面积、环境稳定、柔性、超灵敏、宽光谱响应特征的光电探测器面阵列,相关研究成果发表在Advanced Materials,2020,32,1907527和Small,2020,16,1905609。

上述研究得到科技部重点研发计划、国家自然科学基金、中科院先导专项及湖南省自然科学基金相关项目的支持。

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