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鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)的外延生長(zhǎng)技術(shù)在高性能光電探測(cè)器中的應(yīng)用
更新時(shí)間:2024-09-19瀏覽:252次

近日,浙江大學(xué)材料學(xué)院葉志鎮(zhèn)院士團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)方面取得重要進(jìn)展,研究成果以“Epitaxial Growth of CsPbBr3 Pyramids/CdS Nanobelt Heterostructures for High-Performance Photodetectors"為題發(fā)表在國(guó)際知*學(xué)術(shù)期刊ACS Applied Materials&Interfaces (doi:10.1021/acsami.3c19282)上。徐興博士為第一作者,葉志鎮(zhèn)院士、何海平教授、樊超博士為共同通訊作者。

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全無(wú)機(jī)鉛鹵鈣鈦礦CsPbBr3材料具有優(yōu)異的光電特性,包括高遷移率、大吸收截面、適當(dāng)?shù)哪軒挾鹊龋诠夥⒐怆娞綔y(cè)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。構(gòu)建半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高性能光電探測(cè)器件的有效途徑,異質(zhì)界面*特的能帶結(jié)構(gòu)對(duì)非平衡載流子的復(fù)合和分離具有調(diào)控作用,尤其是Type2型能帶結(jié)構(gòu)有利于光生載流子分離,從而提升光電探測(cè)器件中光電子/空穴的利用率。

有鑒于此,葉志鎮(zhèn)團(tuán)隊(duì)通過(guò)氣相外延生長(zhǎng)構(gòu)建了具有Type2型能帶結(jié)構(gòu)的CdS/CsPbBr3異質(zhì)結(jié),并且通過(guò)晶格匹配限制CsPbBr3外延生長(zhǎng)取向,實(shí)現(xiàn)了在CdS納米帶表面外延取向均一的CsPbBr3金字塔結(jié)構(gòu)。該工作通過(guò)觀(guān)測(cè)CdS/CsPbBr3異質(zhì)界面和純CsPbBr3的熒光壽命證明了CdS/CsPbBr3異質(zhì)界面對(duì)光生載流子有分離作用,可以抑制輻射復(fù)合過(guò)程。此外,理論計(jì)算表明CdS納米帶/CsPbBr3金字塔結(jié)構(gòu)可將入射光約束在異質(zhì)界面區(qū)域。CdS/CsPbBr3異質(zhì)結(jié)構(gòu)的這些特性對(duì)提升光電探測(cè)性能具有重要幫助。最終,基于CdS/CsPbBr3異質(zhì)結(jié)的光電探測(cè)器表現(xiàn)出超高的光電響應(yīng)能力,包括:2.14×105開(kāi)關(guān)比、4.07×104A/W響應(yīng)度、1.36×1013Jones探測(cè)率等。

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Type2型能帶結(jié)構(gòu)的CdS/CsPbBr3異質(zhì)結(jié)對(duì)光生載流子的分離作用

以上圖中可見(jiàn),CdS/CsPbBr3異質(zhì)結(jié)在457nm光激發(fā)下發(fā)射出強(qiáng)烈的綠色熒光,即帶邊激子的輻射復(fù)合發(fā)光。在異質(zhì)結(jié)界面上收集的光譜(2和4)顯示了分別來(lái)自CdS和CsPbBr3的熒光峰,這也表明了高質(zhì)量CdS納米帶/CsPbBr3金字塔異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成。時(shí)間分辨光譜進(jìn)一步揭示了其熒光衰減過(guò)程,由于在CdS/CsPbBr3異質(zhì)結(jié)界面上發(fā)生了有效的電荷提取,使得異質(zhì)結(jié)的熒光壽命僅為2.61ns,明顯短于純CsPbBr3的壽命。

配置推薦

本文中CdS納米帶/CsPbBr3金字塔異質(zhì)結(jié)的超快時(shí)間分辨光譜測(cè)試,使用卓立漢光公司的ST-10條紋相機(jī)獲得。ST-10條紋相機(jī)時(shí)間分辨率可達(dá)到5ps,可匹配多種焦長(zhǎng)光譜儀,快速追蹤超快發(fā)光的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

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條紋相機(jī)超快時(shí)間分辨系統(tǒng)

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