Small:基于低对称性SbI3/Sb2O3核壳异质结构纳米线的偏振光探测器

考虑光的偏振属性可以增加光电探测的新维度,偏振探测被广泛应用于导航、海洋监测、信息追踪以及生物方面的检测工作。高效的偏振探测器需要高的光吸收与探测各向异性,也对器件中的半导体材料提出了特殊要求。自石墨烯发现以来,由于其二维原子层结构和独特的物理性质受到广泛关注,同时越来越多以范德华力结合的类似低维(二维、一维)材料也被应用到纳米电子学和纳米光电子学领域。例如,具备面内各向异性的二维材料黑磷(BP)、砷化锗(GeAs)等已经应用到高性能偏振光探测器,一些具有面内各向异性范德华力结合的纳米线,也对优化偏振光电探测器性能具有重要意义。结构对称性是一种量化材料各向异性的简单方法,通过降低材料晶体结构的对称性来搭建异质结构可以有效提高面内各向异性,因此低维异质结构可以进一步展示出更高的各向异性比。

可通过化学气相沉积(CVD)方法合成的V–VI族化合物(Sb,Bi / S,Se,Te)和V–VII族化合物(As,Sb,Bi / Cl,Br,I)已经被广泛用于光伏领域,有理论预测它们具有合适的带隙、可调的带边和适中的迁移率。最近,中国科学院半导体研究所魏钟鸣团队利用CVD制备出一种新型三碘化锑/氧化锑(SbI3/Sb2O3)核壳异质结构纳米线,通过人为地降低晶体结构对称性来实现各向异性的增强,从而有效提升了基于该纳米线偏振光探测器的光电流各向异性比。相关结果近期发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201907172)上。

该工作从理论和实验两方面证明,SbI3/Sb2O3核壳纳米线(通过范德华力键合的异质结构)的各向异性微区吸收特性显高于两种单质化合物。基于SbI3/Sb2O3核壳纳米线的偏振敏感光电探测器,有效各向异性光电流的测量范围覆盖从紫外到可见光波段(360-532 nm)。与其它已经报导的范德华结构一维材料相比,基于一维SbI3晶体的偏振光探测器的光电流各向异性比(Imax/Imin)较低(1.16),但基于该核壳异质结构纳米线的偏振光探测器在450 nm偏振光下的光电流各向异性比可以提升至3.14。该结果表明,通过降低晶体对称性获得的核壳异质结构,可以广泛应用到高性能偏振光探测器领域。