福建物構(gòu)所鐵電半導(dǎo)體光電探測晶體材料研究獲進展

　　鐵電材料是一類特殊的極性化合物，基于自發(fā)極化效應(yīng)表現(xiàn)出優(yōu)良的非線性光學(xué)、壓電、熱釋電和鐵電等性能，在信息存儲、紅外探測、聲表面波和集成光電器件等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，特別在光輻照下材料內(nèi)部將出現(xiàn)非平衡載流子的激發(fā)，誘導(dǎo)電子云結(jié)構(gòu)發(fā)生不對稱變化，從而誘導(dǎo)宏觀極化產(chǎn)生許多新的現(xiàn)象，如反常光伏效應(yīng)、光折變效應(yīng)等。近年來，無機/有機雜化鈣鈦礦材料在太陽能電池、光電器件等方面?zhèn)涫苋藗冴P(guān)注，其中二維層狀鈣鈦礦材料具有獨特的量子限域效應(yīng)、激子效應(yīng)和結(jié)構(gòu)易于調(diào)控等特點，為設(shè)計合成鐵電體并組裝光電功能器件等提供了極大的可能性與選擇性。

　　中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點實驗室研究員羅軍華領(lǐng)導(dǎo)的無機光電功能晶體材料研究團隊在國家杰出青年基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項和海西研究院“團隊百人”研究員孫志華主持的國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年基金、中科院海西研究院“春苗人才”專項和福建省杰出青年基金等項目資助下，以三維溴化鉛鈣鈦礦為基礎(chǔ)，通過引入混合有機陽離子配體的設(shè)計策略，構(gòu)筑了一例具有多層鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電化合物并組裝成光電探測晶體器件。在該晶體結(jié)構(gòu)中，無機溴化鉛骨架保持了原有的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，有機陽離子配體則發(fā)生了有序—無序的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，相變過程中偶極子有序排列誘導(dǎo)化合物產(chǎn)生自發(fā)極化；在施加外電場作用下材料的自發(fā)極化能夠發(fā)生翻轉(zhuǎn)，表現(xiàn)出明顯的鐵電性能。同時利用該鐵電晶體組裝的光電探測器表現(xiàn)出良好的探測性能，響應(yīng)時間達到~150 μs，對晶體本征吸收區(qū)的光輻射可以實現(xiàn)高靈敏度、快速探測。該鐵電化合物不僅為研究人員后續(xù)設(shè)計合成極性光電功能材料提供了一種新的設(shè)計策略，作為一例潛在的光電探測材料，其還將進一步拓展無機/有機雜化鈣鈦礦材料在太陽能電池、光電探測等方面的應(yīng)用范圍，相關(guān)研究結(jié)果最近發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem., Int. Ed., 2017, DOI:10.1002/anie.201705836）。團隊進一步利用鹵素摻雜實現(xiàn)了對該類無機有機雜化鈣鈦礦鐵電晶體材料的能帶和極化調(diào)控（相關(guān)結(jié)果最近發(fā)表在J. Phys. Chem. Lett., 2017, 8, 2012）和通過對稱性破缺誘導(dǎo)極化實現(xiàn)非線性倍頻性能的多級開關(guān)調(diào)控（Chem. Mater., 2017, 29(7), 3251；Chem. Commun., 2017, 53, 7669）。

　　此前，團隊利用固體對稱性破缺結(jié)構(gòu)相變誘導(dǎo)產(chǎn)生極化效應(yīng)的設(shè)計策略構(gòu)筑了一系列極性光電晶體材料（Angew. Chem., Int. Ed., 2012, 51, 3871；Adv. Fuct. Mater., 2012, 22, 4855；Adv. Mater., 2013, 25, 4159，Chem. Mater., 2015, 27, 4493；J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 15560；Adv. Mater., 2015, 27, 4795）；最近團隊將該策略應(yīng)用于無機/有機雜化鈣鈦礦鐵電化合物的結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能調(diào)控及光電器件組裝等方面并取得了很好進展（Angew. Chem., Int. Ed., 2016, 55, 6545；Angew. Chem., Int. Ed., 2016, 55, 11845）。

　　論文鏈接：1 2 3 4

（a）無機有機雜化鈣鈦礦鐵電半導(dǎo)體光電探測晶體材料 

（b）對稱性破缺誘導(dǎo)極化實現(xiàn)非線性倍頻性能的多級開關(guān)調(diào)控