Small Structures: 双阳离子合金化诱导准一维SbBiS₃吸收蓝移及其宽光谱偏振光探测器

原创署名:SSTR

具有低对称本征晶体结构和几何结构诱导的面内各向异性低维层状材料在偏振敏感光电探测器和偏振成像中潜在应用且备受关注。近年来,三元层状半导体材料从不同的元素组合中获得额外的自由度,化学计量的变化可能会影响能带结构、声子振动、晶格对称性和载流子输运。利用其它元素来改变基体体系或形成合金化化合物,又或通过降低有效电荷质量可以调整电子能带色散和提高载流子迁移。因此,探索新型的三元层状半导体材料有助于推动相关领域的基础研究和光电子应用。

中国科学院半导体研究所魏钟鸣研究员、杨珏晗助理研究员与郑州大学许群教授合作提出了双阳离子合金化诱导SbBiS3吸收蓝移,可显著改变半导体材料的电子能带宽度及沿不同晶轴方向的吸光度。通过理论计算和实验表征研究了所制备的 SbBiS3纳米线的光学和光电性质。基于单根准一维SbBiS3纳米线器件表现出优异的器件性能,核心数据如下:宽光谱探测范围(360-1064 nm)、光响度(6.82 AW-1)、光响应时间(τrise:10 μs, τfall:94 μs)、各向异性的光电流比值(1.12)。该方法对于探索提高偏振光探测器的性能具有借鉴意义。

图1(a,b,c)体材料Sb2S3, Bi2S3, SbBiS3的能带结构;(d) 体材料SbBiS3的态密度;(e)体材料SbBiS3在导带和价带状态下的局域电荷密度;(f)体材料SbBiS3沿a轴和b轴的吸光度;(g)由体材料SbBiS3吸光度所提取二色度比αab;(h)体材料SbBiS3的介电常数沿a轴和b轴的实部和虚部;(i)导带、价带间的偶极跃迁矩阵。

图2(a)准一维 SbBiS3光电探测器示意图;(b)准一维 SbBiS3纳米线光电探测器的Id/Vd曲线;插图:器件的光学显微镜图,SbBiS3纳米线的厚度为67 nm;(c)不同光照功率密度线下的光电流和响应度;(d)在Vd = 0.025、0.05、0.1和0.2 V时,光电流随时间的变化;(e)SbBiS3探测器的长周期稳定性;(f)SbBiS3探测器的响应时间;(g)基于SbBiS3光电探测器在不同激光波长下的响应率和探测率;(h)SbBiS3器件在不同激光波长(360, 450, 532, 638, 808, 1064 nm)下的宽光谱响应;(i)SbBiS3器件在Vd = 0.05、0.1时的噪声功率谱密度。

论文信息:

Cation Alloying Induced Blue-Shifted and Wide-Spectrum Polarization-Sensitive Photodetection in Quasi-1D SbBiS3

Wen Yang, Tao Xiong, Yueyang Liu, Juehan Yang*, Qun Xu*, Zhongming Wei*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202200061

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/sstr.202200061