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基于銅鹵化物單晶薄膜生長(zhǎng)的深紫外光電探測(cè)器設(shè)計(jì)

MEMS ? 來源:MEMS ? 2023-10-09 18:16 ? 次閱讀
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深紫外光電探測(cè)器在導(dǎo)彈預(yù)警、臭氧層監(jiān)測(cè)、火焰探測(cè)等軍事和民用領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。

新興的銅鹵化物Cs3Cu2I5具有優(yōu)異的深紫外光吸收特性,且對(duì)環(huán)境水、光、熱的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)鉛基鹵化物體系,是制備深紫外光電探測(cè)器的理想候選材料。

然而,目前報(bào)道的Cs3Cu2I5材料多為多晶薄膜態(tài),內(nèi)部存在大量晶界,這一方面增加了載流子發(fā)生非輻射復(fù)合的幾率,劣化器件的光電性能,另一方面也會(huì)嚴(yán)重影響光電器件在實(shí)際使用過程中的壽命。

Cs3Cu2I5體單晶盡管具有良好的結(jié)晶度以及減少的缺陷態(tài)密度,但較大的厚度會(huì)導(dǎo)致較長(zhǎng)的載流子遷移時(shí)間以及較高的載流子復(fù)合概率。

因此,從應(yīng)用的角度考慮,制備高質(zhì)量的Cs3Cu2I5單晶薄膜,實(shí)現(xiàn)其厚度從幾十納米到幾十微米可調(diào),保證材料在大尺寸范圍內(nèi)具有高的結(jié)晶度和光學(xué)特性,是提升Cs3Cu2I5基光電器件性能的關(guān)鍵。

鑒于此,鄭州大學(xué)物理學(xué)院的史志鋒教授基于經(jīng)典成核理論和晶體生長(zhǎng)速率分析,結(jié)合逆溫溶液生長(zhǎng)以及溶劑蒸發(fā)技術(shù),發(fā)展了一種簡(jiǎn)單的過飽和溶液控制生長(zhǎng)方法,在襯底上制備出大尺寸的Cs3Cu2I5單晶薄膜。

該單晶薄膜的厚度可以在45 nm~27.9 μm范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)控,且可在多種襯底上直接生長(zhǎng),可滿足多種光電器件的片上集成制備要求。

通過原位監(jiān)測(cè)Cs3Cu2I5單晶薄膜的生長(zhǎng)過程,研究人員闡明了以結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力為逆溫成核和蒸發(fā)結(jié)晶的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)過程。

與Cs3Cu2I5多晶薄膜相比,所制備的單晶薄膜具有更低的缺陷態(tài)密度(6.42×1011 cm?3)和更長(zhǎng)的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度(1.85 μm),這有效降低了光生載流子被缺陷態(tài)捕獲的幾率,增強(qiáng)了光生載流子被電極有效收集的效率。

因此,基于Cs3Cu2I5單晶薄膜的光電探測(cè)器對(duì)深紫外光(265 nm)的響應(yīng)度達(dá)到了158 A W?1。由于較低的缺陷態(tài)濃度和晶界密度,未封裝的紫外光電探測(cè)器表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

上述研究成果不僅為Cs3Cu2I5單晶薄膜的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)調(diào)控生長(zhǎng)提供了新的方案,而且有望促進(jìn)高性能深紫外光電探測(cè)器片上集成的進(jìn)一步研究。

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圖1Cs3Cu2I5單晶薄膜的制備示意圖及生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)分析

這一成果近期發(fā)表在國際權(quán)威期刊Nano Today上。文章的第一作者是鄭州大學(xué)的博士研究生馬敬麗,通訊作者為鄭州大學(xué)的史志鋒教授。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、河南省杰出青年科學(xué)基金和河南省高校科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃的支持。





審核編輯:劉清

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原文標(biāo)題:基于銅鹵化物單晶薄膜生長(zhǎng)的深紫外光電探測(cè)器

文章出處:【微信號(hào):MEMSensor,微信公眾號(hào):MEMS】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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