中國科學(xué)院大學(xué)團(tuán)隊(duì)在錫基鈣鈦礦光電探測(cè)器方面取得新進(jìn)展
2024-04-07 10:40:58中國科學(xué)院大學(xué)閱讀量：270 我要評(píng)論
光電探測(cè)器將入射光轉(zhuǎn)換為可調(diào)制的電信號(hào)，在自動(dòng)駕駛、健康監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)成像、光通信、軍事安全和夜視等領(lǐng)域具有重要的作用。然而，市面上的光電探測(cè)器主要由無機(jī)半導(dǎo)體制成，如 Si、Ge 和 InGaAs等。這些半導(dǎo)體具有高溫加工和柔性不兼容的缺點(diǎn)。最近，有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦材料因其固有的特性，如靈活性、溶液加工性、低成本、可調(diào)帶隙、高吸收系數(shù)、低激子結(jié)合能、高載流子遷移率和長載流子擴(kuò)散長度等，已成為光電探測(cè)的理想候選材料。目前，大多數(shù)高性能的鈣鈦礦光電探測(cè)器都含有鉛。但是由于鉛的固有毒性，它無法應(yīng)用于可穿戴電子設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)測(cè)和生物成像。在無毒的鈣鈦礦材料中，錫基鈣鈦礦因其寬的吸收光譜、低的激子結(jié)合能和高的載流子遷移率而表現(xiàn)出最大的潛力。然而，先前報(bào)道的無鉛鈣鈦礦光電探測(cè)器都存在暗電流大、響應(yīng)時(shí)間慢和探測(cè)率低等問題。 
近日，中國科學(xué)院大學(xué)光電學(xué)院孟祥悅教授課題組及其合作者，首次發(fā)現(xiàn)通過氰基上具有孤對(duì)電子的N可以與Sn2+配位，進(jìn)而抑制Sn2+的氧化。通過在FASnI3鈣鈦礦的前驅(qū)體溶液中引入具有氰基基團(tuán)的2-氰乙基-1-碘化銨添加劑后，Sn2+的氧化被抑制。所得到的薄膜表現(xiàn)出低的非輻射復(fù)合和缺陷態(tài)密度。基于此薄膜的自供電光電探測(cè)器，表現(xiàn)出低的暗電流(1.04×10-9 A cm-2)，高的探測(cè)率(2.2×1013 Jones)，快的響應(yīng)速度(2.62 µs)和良好的穩(wěn)定性。在加入2-氰乙基-1-碘化銨分子后，器件的暗電流下降了接近一個(gè)數(shù)量級(jí)。通過抑制Sn2+氧化所增加的激活能被認(rèn)為是暗電流下降的主要原因。此外，柔性光電探測(cè)器也表現(xiàn)出杰出的性能。由于杰出的自驅(qū)動(dòng)光探測(cè)性能，光電探測(cè)器在0偏壓和弱光的條件下被用于可穿戴人體健康監(jiān)測(cè)。最終，光電探測(cè)器與32×32的薄膜晶體管背板集成，實(shí)現(xiàn)極弱光(170 nW cm-2)成像。
本工作首次報(bào)道了氰基基團(tuán)用來抑制Sn2+的氧化。通過測(cè)試熱激活載流子活化能，Sn2+氧化與光電探測(cè)器暗電流的關(guān)系被建立。所得到的光電探測(cè)器被用于可穿戴健康監(jiān)測(cè)和弱光成像。這一成果近期發(fā)表在Advanced Materials上，孟祥悅教授是文章的通訊作者，課題組博士研究生劉天華為文章第一作者。(文/圖 劉天華)
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