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蘇州納米所陸書龍團隊在氮化鎵基納米柱材料和探測器領域取得新進展

  氮化鎵(Gallium nitride,GaN)作為寬禁帶半導體,是第三代半導體的代表性材料,其為直接帶隙材料,具有發光效率高、熱導率大、物理化學性質穩定等優點,在照明、顯示、探測等多個領域有著很高的應用價值。低維(如納米柱、量子點GaN材料因其獨特的物理特性,受到了學術界的廣泛關注。 

  中科院蘇州納米所陸書龍團隊利用分子束外延(Molecular-beam epitaxy,MBE)技術開展了GaN基納米柱材料外延生長的研究,基于納米柱結構的GaN基探測器有望獲得良好的柔韌性,可以拓展GaN材料在光電探測器領域的發展與應用。 

  在前期柔性GaN基納米柱薄膜快速剝離技術和相關探測器件的基礎上(ACS Appl. Nano Mater. 2020, 3: 9943;ACS Photonics 2021, 8: 3282;Materials Advances, 2021, 2: 1006),最近該團隊利用轉移的(Al,Ga)N納米柱薄膜制備了一種柔性自驅動紫外探測器,該器件具有很高的紫外/可見光抑制比(977、探測率2.51×1011 Jones和透明度(Max: 81%)。同時實驗發現,該自驅動探測器具有良好的柔韌性(圖1),500次的大幅彎折之后,器件的光電流的強度仍然保持穩定。此外,GaN基材料穩定的物化性質和器件鈍化工藝,使探測器在長時間的光照測試(6000s)、耐久度測試(30天)后依然能具有良好的穩定性。 

    1 基于(Al,Ga)N納米柱的自驅動探測器的柔性和穩定性測試 

  上述研究成果以Flexible self-powered photoelectrochemical photodetector with ultrahigh detectivity, ultraviolet/visible reject ratio, stability, and a quasi-invisible functionality based on lift-off vertical (Al,Ga)N nanowires為題發表于Advanced Materials Interfaces,共同第一作者是博士生蔣敏和張建亞,該論文被期刊選為背封面(Back Cover,圖2)。 

    2 基于中國水墨畫所繪制的背封面(Back Cover,電流包圍的魚和蓮花莖分別代表氧化還原反應和納米柱,游動的蝌蚪代表電子-空穴對) 

  此外,團隊在自驅動光電探測器中成功引入了GaN/銫鉛溴(CsPbBr3鈣鈦礦核殼異質結納米柱結構,發現CsPbBr3量子點能夠大幅提升光電流(約160%),從而提升響應度(1.08 vs 0.41 mA/W)。CsPbBr3量子點能夠產生內建電場和調控能帶,GaN與量子點之間的光反射也有利于增加光子吸收和載流子產生,從而增強光電流。相關工作以Enhance the responsivity and response speed of self-powered ultraviolet photodetector by GaN/CsPbBr3 core-shell nanowire heterojunction and hydrogel為題發表于Nano Energy ,第一作者是博士生張建亞。 

    3 基于GaN/CsPbBr3納米柱結構的自驅動探測器的結構示意圖、光電流測試曲線和能帶示意圖 

  上述論文的通訊作者為趙宇坤副研究員和陸書龍研究員,相關研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院從01原始創新項目、江蘇省重點研究項目以及所自有資金等項目資助,同時也得到了中科院蘇州納米所納米真空互聯實驗站Nano-X),加工平臺和測試平臺的支持。 

  相關文章鏈接:

  Advanced Materials Interfaces

  Nano Energy


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