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科研進展

《Nano Letters》《Advanced Functional Materials》刊登廖蕾教授課題組光電探測器系列成果

來源:MG娱乐官网  發布時間:2016-09-29 09:57:13 點擊次數:

近期,我院廖蕾教授課題組與中國科學院上海技術物理研究所紅外物理國家重點實驗室胡偉達研究員課題組合作,在低維材料光電探測器研究取得多項重要進展。主要成果包括《Nano Letters》1篇以及《Advanced Functional Materials》2篇。該工作得到了國家自然科學基金委和科技部973及納米專項的支持。

區別于常規的三維體材料半導體和半導體薄膜,半導體納米線因其維度受限而展現出優異的光電特性,比如超高內稟光電增益、多陣列限光效應、以及亞波長尺寸效應等,在室溫光電探測領域具有廣泛應用前景。課題組研究人員制備了基于鐵電局域場增強的單根納米線邊柵(side-gate)結構光電探測器,利用鐵電材料PVDF極化所產生的超強靜電場完全耗盡了納米線中的背景載流子,顯著抑制了探測器暗電流,大幅提高了探測器的靈敏度。研究結果表明鐵電材料調控下的納米線光電探測器可實現室溫紫外-可見-近紅外波段高靈敏光電探測。該項工作為室溫高性能納米線光電探測器的研究提供了一種全新思路。相關成果發表在國際權威刊物Nano Lett., 16, 2548-2555 (2016)以及Adv. Funct. Mater., (2016), DOI: 10.1002/adfm.201603152。論文第一作者為物理學院的博士生鄭定山同學。

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圖1鐵電局域場增強納米線光電探測器結構示意圖和暗電流抑制

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圖2 CdS納米線紫外光電探測器

以二硫化鉬(MoS2)及二硫化鎢(WS2)為代表的過渡金屬硫化物二維材料具有與Si、GaAs、InGaAs接近的半導體帶隙,且帶隙隨厚度有顯著變化,在新型光電探測領域具有廣闊應用前景。課題組研究人員把傳統浮柵存儲器結構引入光電探測器,利用浮柵“捕獲”(Program)和“釋放”(Erase)載流子的特性,將溝道電子“存入”浮柵內,從而引入一種垂直局域電場,這種局域電場實現了對二維材料溝道的背景載流子的完全耗盡,顯著降低了器件暗電流,提高了器件在弱光下的探測性能。利用浮柵結構實現二維材料高靈敏光電探測的新方法,為設計基于二維材料的光電子器件提供了新思路。相關成果發表在國際權威刊物Adv. Funct. Mater., 26, 6084-6090 (2016)。論文第一作者為物理學院的博士生龔帆同學。

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圖3基于浮柵存儲器的光電探測器結構示意圖和暗電流抑制

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