Advanced Functional Materials:高灵敏宽光谱的Bi2O2Se光电晶体管

高性能光电探测器在我们日常生活的许多方面都发挥着重要作用,包括光电传感、微光成像、环境监控、光通信、军事遥感等。 作为设计光电探测器最有竞争力的材料之一,二维材料被广泛研究。但是目前报道的二维材料仍有一些固有的缺陷,例如:石墨烯是零带隙材料,因此具有宽光谱响应。 但是,单层碳原子的相对较低的吸光度(约2.3 %)限制了其光响应。MoS2由于较宽的带隙只能工作在可见光波长范围内。InSe 和BP 具有宽光谱响应范围,但是不能在空气中稳定存在,因此探究新型二维材料就有重要意义。Bi2O2Se由于其独特的电学和光电特性,一系列具有超高的光响应性、超快速的光响应、超宽的探测带和超灵敏的光探测被相继报道。

南京大学电子学院徐永兵教授与中科院上海技物所胡伟达研究员采用倒扣的化学气相沉积法合成出高质量的二维材料Bi2O2Se,并制备了高响应度宽光谱响应(紫外-红外)的光电晶体管。研究发现Bi2O2Se 光电晶体管在360 nm激光照射下响应度高达108696A/W,比目前报道的采用CVD生长的二维材料制备的光电晶体管高两个数量级。在可见光波段,外量子效率、响应度、探测率分别高达:1.5×107%、50055A/W和8.2×1012Jone. 值得一提的是,其优异的光电性能归因于光栅压、光伏和光热电效应的共同作用。通过栅压调控作用,在可见光照射下,响应时间可从微秒调节到毫秒,并且在8KHz实现了-3dB带宽。此外,利用单一的Bi2O2Se 光电晶体管,通过平面扫描成像系统,实现了室温下高分辨率紫外-可见-红外波段成像。Bi2O2Se纳米片由于其超高的电子迁移率、环境稳定性等优异特性,在量子输运、光电探测、集成电路等方向具有极大的潜力和应用价值。

相关论文在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201905806)上。