蘇州納米所陸書龍團隊在氮化鎵基納米柱資料和探測器領域取得新進展

低維GaN基資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科技開展了GaN基納米柱資料外延生長的研究,基於納米柱結構的GaN基探測器有望獲得良好的柔韌性,可以拓展GaN基資料在光電探測器領域的發展與應用。

氮化鎵(Gallium nitride,GaN)作為寬禁帶電晶體,是第三代電晶體的代表性資料,其為直接帶隙資料,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基資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)科技開展了GaN基納米柱資料外延生長的研究,基於納米柱結構的GaN基探測器有望獲得良好的柔韌性,可以拓展GaN基資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科技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納米柱薄膜製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)、比探測率(2.51×1011Jones)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次的大幅彎折之後,器件的光電流的强度仍然保持穩定。此外,GaN基資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)後依然能具有良好的穩定性。

圖1基於(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 photodetectorwith ultrahigh detectivity,ultraviolet/visible reject ratio,stability,and a quasi-invisible functionality based onlift-off vertical(Al,Ga)N nanowires為題發表於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(BackCover,圖2)。

圖2基於中國水墨畫所繪製的背封面(BackCover,電流包圍的魚和蓮花莖分別代表氧化還原反應和納米柱,遊動的蝌蚪代表電子-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量子點能够大幅提升光電流(約160%),從而提升響應度(1.08 vs 0.41 mA/W)。CsPbBr3量子點能够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於新增光子吸收和載流子產生,從而增强光電流。相關工作以Enhance the responsivity and response speed of self-powered ultravioletphotodetector by GaN/CsPbBr3core-shell nanowire heterojunctionand hydrogel為題發表於Nano Energy,第一作者是博士生張建亞。

圖3基於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畫、國家自然科學基金、中國科學院從0到1原始創新項目、江蘇省重點研究專案以及所自有資金等項目的資助,同時也得到了中科院蘇州納米所大科學裝置(Nano-X),加工平臺和測試平臺的支持。

相關文章連結:

Advanced Materials Interfaces

Nano Energy

本文標題: 蘇州納米所陸書龍團隊在氮化鎵基納米柱資料和探測器領域取得新進展
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1655995979346936
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