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高灵敏度、宽光谱且波段可区分光电探测器研究取得重大进展

发布时间:2016-10-10 点击数:884
光电探测器作为核心光电子器件,广泛应用于民用成像、光谱学、通信、夜视等方面。光电探测器按相应波段区分为宽带和窄带探测器两类,如基于Si、InGaAs的宽带光电探测器能够响应任何能量大于他们禁带宽度的光子。窄带探测器也称作波段区分探测器,具有波长敏感特性,只能够探测特定波段的光,在生物成像和安全监控方面起着重要作用。构建宽带同时波段可区分光电探测器是一项极具挑战且有意义的工作,意味着将两种相对立的波段探测特性集成在同一个光电探测器中,这是从未报道过的。另外,高灵敏度也是光电探测器的关键参数,高灵敏度意外着探测器可以对弱光信号进行较强的响应。
能源光子学功能实验室唐江教授课题组首次制备了具有宽波段响应及波长可区分的光电探测器,相关研究成果近期发表在自然出版集团旗下Light: Science & Applications杂志。采用硫化铅量子点敏化二硫化锡纳米片复合结构,充分利用量子点宽光谱吸收和二硫化锡纳米片高载流子迁移率的性能优势,制备出的光电探测器其响应波段为400到1000 nm,在红外波段具有106 A/W响应度和2.2×1012 Jones比探测率,在紫外波段具有105 A/W响应度和2.4×1011 Jones比探测率,性能都居于同类器件的领先水平。更重要的是,当入射光子能量小于二硫化锡禁带宽度(2.4 eV)但大于硫化铅量子点禁带宽度(1.2eV),该光子只能被硫化铅量子点吸收,硫化铅量子点中的光生电子注入到二硫化锡纳米片,使得二硫化锡纳米片与金电极的接触势垒变高导致电荷传输变差,出现负光电响应;当入射光子能量大于二硫化锡禁带宽度,此时二硫化锡和硫化铅量子点同时吸光,二硫化锡纳米片中光生载流子(电子和空穴)浓度升高,掩盖接触势垒增高的影响,出现正光电响应。基于宽光谱响应及波长可区分特性,该探测器成功区分不同色温的白光LED。
博士生高亮为该研究论文第一作者,唐江教授为通讯作者。上述研究工作获得了中组部“青年千人计划”以及国家自然科学基金等项目的支持。该研究还得到宋海胜副教授及陈超博士的帮助,在此表示感谢。
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