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【DFT+實驗】江南大學楊國峰教授:基于BA?PbI?/GaN異質結構的紫外-可見寬光譜光電探測器

英文原題:A Broadband Photodetector for UV to Visible Wavelength based on BA2PbI4/GaN Heterostructure?

【DFT+實驗】江南大學楊國峰教授:基于BA?PbI?/GaN異質結構的紫外-可見寬光譜光電探測器
通訊作者:楊國鋒,江南大學

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;楊國鋒

背景介紹

二維有機-無機雜化鈣鈦礦?(OIP)?由于其顯著的環境穩定性、可調的帶隙和結構多樣性,在鈣鈦礦光電探測器 ?(PD)?中表現出了理想的應用前景,并且由于OIPs的帶隙可以通過組分的變化來調節,所以OIPs是制備光電探測器的理想材料。近年來,BA2PbI4作為一種很有前途的制備PD的候選材料而備受關注。然而,包括BA2PbI4在內的大多數鈣鈦礦可能面臨窄帶響應的巨大挑戰。因此,要克服鈣鈦礦的窄帶響應問題,一個有效的方法是將鈣鈦礦與合適的寬禁帶半導體集成以拓寬器件的響應光譜。本文設計了一個基于BA2PbI4/GaN異質結構的光電探測器,通過將BA2PbI4與寬禁帶半導體GaN結合,使設計出的BA2PbI4/GaN異質結光電探測器具有從紫外到可見光區域的寬波段響應能力,并且在呈現出良好的整流效應。通過透射電子顯微鏡?(TEM)、原子力顯微鏡?(AFM)?和光致發光?(PL) 等表征手段對BA2PbI4的形貌和光學性能進行了表征,此外,通過Quantum ATK模擬軟件計算并結合能帶理論證明了該異質結為II型能帶排列,并對BA2PbI4/GaN異質結PD進行了電流機制分析。

【DFT+實驗】江南大學楊國峰教授:基于BA?PbI?/GaN異質結構的紫外-可見寬光譜光電探測器

圖1.?BA2PbI4材料形貌、光學性能以及異質結AFM、模擬能帶結構圖

文章亮點

近日,江南大學楊國鋒教授ACS Applied Materials & Interfaces上發表了基于BA2PbI4/GaN異質結、具有從紫外到可見波段響應能力的寬波段光電探測器。在該項工作中,通過將BA2PbI4與寬禁帶半導體GaN集成以形成BA2PbI4/GaN異質結,克服鈣鈦礦窄帶響應的缺點,進而達到拓寬器件響應光譜的目的。通過分析接觸前后BA2PbI4/GaN異質結的能帶圖,來探究BA2PbI4/GaN異質結光電探測器的電流傳輸機制。最終結果表明該BA2PbI4/GaN異質結光電探測器實現了從紫外到可見波段的寬波段響應,并且呈現出良好的整流效應。

【DFT+實驗】江南大學楊國峰教授:基于BA?PbI?/GaN異質結構的紫外-可見寬光譜光電探測器
圖2.??BA2PbI4/GaN異質結PD結構圖、歸一化光譜響應以及能帶示意圖

總結/展望

研究團隊將二維鈣鈦礦材料BA2PbI4與寬禁帶半導體材料GaN集成以構成BA2PbI4/GaN異質結構,利用GaN的寬禁帶特性,實現了BA2PbI4/GaN異質結光電探測器紫外到可見波段的寬波段檢測,并且在黑暗條件下具有良好的整流效應。這項工作證明了BA2PbI4-GaN異質結構在光電探測器方面的巨大潛力,并為進一步開發寬波段鈣鈦礦/GaN光電子器件提供了有效的途徑。

相關論文發表在ACS Applied Materials & Interfaces上,江南大學碩士研究生郭嘉睿為文章的第一作者,?楊國鋒教授為通訊作者。

通訊作者簡介

楊國鋒?教授

楊國鋒?教授:長期從事III-V族寬禁帶半導體和低維半導體電子和光電器件及其系統應用研究工作,已在SCI學術刊物上發表學術論文100余篇。申請發明專利6項。主持國家自然科學基金4項,江蘇省自然科學基金1項,江蘇省重點研發和無錫市科技發展基金各1項,參與完成國家973、863、自然科學基金和江蘇省自然科學基金等多項重點項目課題。獲中國電子學會科技進步獎1項,中國輕工業聯合會和中國商業聯合會科技進步獎各2項,獲2016年“中國光學重要進展”和“江蘇青年光學科技獎”。

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【DFT+實驗】江南大學楊國峰教授:基于BA?PbI?/GaN異質結構的紫外-可見寬光譜光電探測器
ACS Appl. Mater. Interfaces.?2023, ?ASAP

Publication Date: November 23, 2023

https://doi.org/10.1021/acsami.3c13114

Copyright ? 2023 American Chemical Society

【DFT+實驗】江南大學楊國峰教授:基于BA?PbI?/GaN異質結構的紫外-可見寬光譜光電探測器
ACS Applied Materials & Interfaces?serves the interdisciplinary community of chemists, engineers, physicists and biologists focusing on how newly-discovered materials and interfacial processes can be developed and used for specific applications. The editors are proud of the rapid growth of the journal since its inception in 2009, both in terms of the number of published articles and the impact of the research reported in those articles.?ACS AMI?is also truly international, with the majority of published articles now coming from outside the United States, capturing the rapid growth in applied research around the globe.

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