英文原題： A Broadband Photodetector for UV to Visible Wavelength based on BA2 PbI4 /GaN Heterostructure?
通訊作者： 楊國(guó)鋒，江南大學(xué)
作者： 郭嘉睿; 葉炳杰; 谷燕; 劉玉申；楊希峰；謝峰；張秀梅; 錢維瑩；張向陽; 陸乃彥；楊國(guó)鋒
二維有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦?(OIP)?由于其顯著的環(huán)境穩(wěn)定性、可調(diào)的帶隙和結(jié)構(gòu)多樣性，在鈣鈦礦光電探測(cè)器 ?(PD)?中表現(xiàn)出了理想的應(yīng)用前景，并且由于OIPs的帶隙可以通過組分的變化來調(diào)節(jié)，所以O(shè)IPs是制備光電探測(cè)器的理想材料。近年來，BA2 PbI4 作為一種很有前途的制備PD的候選材料而備受關(guān)注。然而，包括BA2 PbI4 在內(nèi)的大多數(shù)鈣鈦礦可能面臨窄帶響應(yīng)的巨大挑戰(zhàn)。因此，要克服鈣鈦礦的窄帶響應(yīng)問題，一個(gè)有效的方法是將鈣鈦礦與合適的寬禁帶半導(dǎo)體集成以拓寬器件的響應(yīng)光譜。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于BA2 PbI4 /GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器，通過將BA2 PbI4 與寬禁帶半導(dǎo)體GaN結(jié)合，使設(shè)計(jì)出的BA2 PbI4 /GaN異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器具有從紫外到可見光區(qū)域的寬波段響應(yīng)能力，并且在呈現(xiàn)出良好的整流效應(yīng)。通過透射電子顯微鏡?(TEM)、原子力顯微鏡?(AFM)?和光致發(fā)光?(PL) 等表征手段對(duì)BA2 PbI4 的形貌和光學(xué)性能進(jìn)行了表征，此外，通過Quantum ATK模擬軟件計(jì)算并結(jié)合能帶理論證明了該異質(zhì)結(jié)為II型能帶排列，并對(duì)BA2 PbI4 /GaN異質(zhì)結(jié)PD進(jìn)行了電流機(jī)制分析。
圖1.?BA2 PbI4 材料形貌、光學(xué)性能以及異質(zhì)結(jié)AFM、模擬能帶結(jié)構(gòu)圖
近日，江南大學(xué)楊國(guó)鋒教授 在ACS Applied Materials & Interfaces 2 PbI4 /GaN異質(zhì)結(jié)、具有從紫外到可見波段響應(yīng)能力的寬波段光電探測(cè)器。在該項(xiàng)工作中，通過將BA2 PbI4 與寬禁帶半導(dǎo)體GaN集成以形成BA2 PbI4 /GaN異質(zhì)結(jié)，克服鈣鈦礦窄帶響應(yīng)的缺點(diǎn)，進(jìn)而達(dá)到拓寬器件響應(yīng)光譜的目的。通過分析接觸前后BA2 PbI4 /GaN異質(zhì)結(jié)的能帶圖，來探究BA2 PbI4 /GaN異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的電流傳輸機(jī)制。最終結(jié)果表明該BA2 PbI4 /GaN異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器實(shí)現(xiàn)了從紫外到可見波段的寬波段響應(yīng)，并且呈現(xiàn)出良好的整流效應(yīng)。
圖2.??BA2 PbI4 /GaN異質(zhì)結(jié)PD結(jié)構(gòu)圖、歸一化光譜響應(yīng)以及能帶示意圖
研究團(tuán)隊(duì)將二維鈣鈦礦材料BA2 PbI4 與寬禁帶半導(dǎo)體材料GaN集成以構(gòu)成BA2 PbI4 /GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)，利用GaN的寬禁帶特性，實(shí)現(xiàn)了BA2 PbI4 /GaN異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器紫外到可見波段的寬波段檢測(cè)，并且在黑暗條件下具有良好的整流效應(yīng)。這項(xiàng)工作證明了BA2 PbI4 -GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)在光電探測(cè)器方面的巨大潛力，并為進(jìn)一步開發(fā)寬波段鈣鈦礦/GaN光電子器件提供了有效的途徑。
相關(guān)論文發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces 郭嘉睿 為文章的第一作者，?楊國(guó)鋒教授 為通訊作者。
楊國(guó)鋒?教授：長(zhǎng)期從事III-V族寬禁帶半導(dǎo)體和低維半導(dǎo)體電子和光電器件及其系統(tǒng)應(yīng)用研究工作，已在SCI學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇。申請(qǐng)發(fā)明專利6項(xiàng)。主持國(guó)家自然科學(xué)基金4項(xiàng)，江蘇省自然科學(xué)基金1項(xiàng)，江蘇省重點(diǎn)研發(fā)和無錫市科技發(fā)展基金各1項(xiàng)，參與完成國(guó)家973、863、自然科學(xué)基金和江蘇省自然科學(xué)基金等多項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目課題。獲中國(guó)電子學(xué)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)1項(xiàng)，中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)和中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)各2項(xiàng)，獲2016年“中國(guó)光學(xué)重要進(jìn)展”和“江蘇青年光學(xué)科技獎(jiǎng)”。
ACS Appl. Mater. Interfaces. ?2023, ?ASAP
Publication Date: November 23, 2023
https://doi.org/10.1021/acsami.3c13114
Copyright ? 2023 American Chemical Society
ACS Applied Materials & Interfaces
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