半導(dǎo)體所在柔性一維光電探測(cè)器研究方面取得系列進(jìn)展

　　隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，人們對(duì)便攜化、娛樂(lè)化、健康化的可穿戴式電子設(shè)備不斷追求，促使其相應(yīng)的柔性傳感器件向著高效、低成本、大面積制造等方向發(fā)展。近些年，為了實(shí)現(xiàn)光電探測(cè)器的便攜化和可移植化，柔性光電探測(cè)器的設(shè)計(jì)與制備受到了研究人員的廣泛關(guān)注。柔性光探技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)敏感材料的敏感性與柔韌性要求越來(lái)越高。一維無(wú)機(jī)納米材料具有高的長(zhǎng)徑比，各向異性特點(diǎn)明顯。其獨(dú)特的電子限域作用有利于電子和空穴能態(tài)保持分離，能有效延長(zhǎng)載流子壽命，展現(xiàn)出優(yōu)秀的光電特性。同時(shí)，線性的幾何結(jié)構(gòu)，使得其對(duì)外力具有很好的彈性，導(dǎo)致在發(fā)生形變后，材料表面不會(huì)產(chǎn)生裂紋。這些特點(diǎn)都使得一維無(wú)機(jī)納米材料適用于微型柔性光電器件的設(shè)計(jì)和制備。

　　最近，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員沈國(guó)震課題組，在一維無(wú)機(jī)分枝同質(zhì)/異質(zhì)納米線制備及柔性光電探測(cè)研究方面取得了系列進(jìn)展。博士生李祿東等提出了通過(guò)構(gòu)造CdS分枝同質(zhì)納米線來(lái)改善其探測(cè)靈敏度的想法，成功地設(shè)計(jì)出了具有超高探測(cè)靈敏度的CdS柔性可見(jiàn)光探測(cè)器，其在可見(jiàn)光照射下的光暗電流開(kāi)關(guān)比高達(dá)1.96 × 104，比探測(cè)率為4.27 × 1012 Jones，比之前報(bào)道過(guò)的CdS納米線光電探測(cè)器高出了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，相關(guān)工作發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (2015, 7, 23507−23514)上。

　　為了進(jìn)一步提高探測(cè)器的光電性能以及拓寬器件的光譜響應(yīng)。課題組婁正博士利用兩步法在ZnS納米線表面生長(zhǎng)了一層CdS納米棒，形成ZnS/CdS分枝異質(zhì)納米線。由于電子空穴對(duì)在界面處的分離，ZnS/CdS分枝異質(zhì)納米線對(duì)350 nm紫外光響應(yīng)相對(duì)于純相的ZnS納米線有明顯的提高，其光暗電流開(kāi)關(guān)比達(dá)到了105，比探測(cè)率為2.2 × 1014 Jones。同時(shí)，由于引入了CdS納米棒，器件對(duì)可見(jiàn)光也有很好的響應(yīng)。此外，大面積的ZnS/CdS分枝異質(zhì)納米線光探器件也被組裝到柔性的PET襯底上，呈現(xiàn)出優(yōu)良的重復(fù)性和穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)不同程度和不同次數(shù)的彎曲后，其性能基本保持不變。相關(guān)工作發(fā)表在Nanoscale (2016, 8, 5219−5225)上。

　　此外，課題組利用超晶格納米線載流子遷移率高、電子傳輸功率可調(diào)制以及獨(dú)特的光學(xué)特性等特點(diǎn)，制備出了高響應(yīng)的InGaO3(ZnO)超晶格納米線柔性紫外光探測(cè)器。相關(guān)工作發(fā)表在Advanced Electronic Materials (2015, 1, DOI: 10.1002/aelm.201500054)上，并被編輯選作期刊卷首。同時(shí)，課題組關(guān)于多元氧化物ZnGaO3單根納米線柔性紫外光探測(cè)器的工作也發(fā)表在Nano Research (2015, 8, 2162-2169)上。

　　基于課題組近年來(lái)在一維無(wú)機(jī)納米材料柔性光電探測(cè)方面的系列進(jìn)展，應(yīng)德國(guó)Wiley出版公司綜合期刊Advanced Science 編輯的邀請(qǐng)，近日沈國(guó)震課題組在該雜志上發(fā)表了綜述性文章(2015, DOI: 10.1002/advs.201500287)，總結(jié)了近十年來(lái)柔性光電探測(cè)領(lǐng)域所取得的重大突破和進(jìn)展，并對(duì)該領(lǐng)域未來(lái)的研究熱點(diǎn)進(jìn)行了預(yù)測(cè)與分析。論文發(fā)表以后被Wiley旗下的Materials Views China網(wǎng)站進(jìn)行了題為《基于一維無(wú)機(jī)納米材料的柔性光探測(cè)器的研究現(xiàn)狀》的熱點(diǎn)報(bào)道。

　　該系列工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（61377033、6157413）等項(xiàng)目支持。