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    【物電院】物電院在微納半導體光電器件研究上取得系列進展

    作者:   來源: 湖南大學新聞網   發布時間:2020-09-02 22:10   點擊數:

    光電探測器作為光電系統中接收端的核心器件,其性能指標直接影響到光電系統的整體性能。湖南大學物理與微電子科學學院鄒旭明副教授聚焦新型半導體材料光電器件的研究,近期取得了系列進展,在國際高水平刊物上發表多篇研究論文。

    傳統光電探測器存在靈敏度低、噪聲高、光譜帶寬不足、光學結構設計復雜等缺點?;诠鈻判墓怆娋w管是解決以上問題的選擇之一,但目前普遍存在的遲滯效應妨礙器件的穩定運行,同時探測器也面臨高線性度與高響應度難以并存的矛盾。為解決以上問題,團隊以高遷移率二維半導體材料為導電溝道,高k材料/層狀鈣鈦礦為光敏電介質,構筑二維半導體復合結構光電探測器。前者適應器件微型化、低功耗及超快傳輸性能的需求,后者實現高效率的光吸收,制備出具備超高靈敏度、強穩定性、高線性度、寬光譜響應范圍光探測能力的高性能光電探測器。相關研究成果以“Rational design of Al2O3/2D perovskite heterostructure dielectric for high performance MoS2phototransistors”為題發表在Nature Communications,2-020,11, 4266。

    基于高k材料/層狀鈣鈦礦光敏電介質的MoS2光電晶體管

    受光吸收層中陷阱電荷湮滅時間的影響,光電晶體管響應時間通常非常緩慢,超高靈敏度及快速響應時間難以同時實現。針對這一問題,研究團隊基于Frenkel-Poole發射理論,在光電晶體管中構筑不對稱肖特基勢壘,對光吸收層中陷阱電荷施加強電場作用加以萃取,實現響應時間的精確調節。

    另外,傳統光電二極管工作在反偏狀態時,盡管具備暗電流低、響應時間快的優點,但是光電導增益受限,弱光探測能力不足。研究團隊提出鈣鈦礦/黑磷/硫化鉬光電二極管結構,將鈣鈦礦材料直接帶隙、高吸收系數、低激子束縛能等優異的光學性質與二維半導體高遷移率、超薄平面結構特征相結合,實現具備低噪音、高光開關比、高增益、快速響應特征的光電探測器。上述工作發表在ACS Nano,2019,13, 4804-4813和Small,2019,15, 1901004。另外,根據金屬氧化物半導體制備工藝簡單、成本低、與各種廉價柔性襯底相匹配的特點,研究團隊基于鈣鈦礦/金屬氧化物半導體異質結構,采用金屬氧化物半導體作為導電溝道及鈣鈦礦封裝保護材料,結合器件結構創新,制備出具備大面積、環境穩定、柔性、超靈敏、寬光譜響應特征的光電探測器面陣列,相關研究成果發表在Advanced Materials,2020,32,1907527和Small,2020,16,1905609。

    上述研究得到科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院先導專項及湖南省自然科學基金相關項目的支持。



    來源丨湖南大學新聞網
    編輯 | 新媒體工作中心吳世昊
    制作 | 研究生新媒體中心葉婷婷

    責編丨萬靜儀、胡品

    責任編輯丨 研究生新媒體中心王思微

     

     

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