光探测器作为一类重要的光电传感器件,在国防,工业,医学,空间科学领域以及日常生活中有着广泛的应用,例如国防军事预警、通讯、环境监测等。光探测的原理主要是基于光导过程,包括光辐射的吸收、光生载流子的产生和输运。一维纳米材料由于大的比表面积和良好的载流子传输通道,具有远大于体材料的光电导增益,是构建纳米光电探测器的基本单元。一维纳米材料的结构参数和表面态以及纳米器件尺寸与构型显著影响材料的光吸收效率,并且决定光生载流子的寿命和渡越时间,从而影响器件的光敏感度和响应速度。近年来,本研究组开发了基于一维纳米结构的光探测器并研究了其光导性能,取得了一系列研究成果。

带隙作为半导体材料的重要物理参数,它决定了材料的光谱吸收和光发射特性,以及光电器件的光谱响应特征和工作波长。开发不同光谱响应范围的光探测器,首先制备具有不同带隙的半导体材料是关键之所在。本研究组通过高温气相输运法合成了高质量的单晶Ga2O3In2Ge2O7WO3ZrS2CdSCdSXSe1-X等纳米带/线,实现了对深紫外光(Adv. Mater. 2010, 22,5145–5149; Nanoscale. 2011, 3, 1120-1126)、紫外光(J. Mater. Chem. 2011, 21, 6525–6530)和可见光(Adv. Mater. 2010, 22, 4151–4156; Adv. Mater.2010, 22, 3161–3165; Adv. Mater. 2013, 25, 1109–1113)的灵敏探测。

1In2Ge2O7纳米带的光电性能

为了进一步提高光电器件的性能,本研究组通过在纳米线表面包覆纳米颗粒(Nanoscale 2012, 4, 6318–6324)掺杂异质元素(J. Mater. Chem. 2012, 22, 17984–17991),以及通过静电纺丝技术或者结合水热法与热蒸发法制备了各种异质结构ZnO-SnO2, ZnO-CdSZnO-ZnS(Adv. Mater.2013,25, 4625–4630; Adv. Mater. 2014, 26, 3088–3093; Nanoscale 2014, 6, 8084–8090),促进了材料的光吸收效率,有效地提高了光生载流子的分离效率,实现了器件响应率的提高,并有效的拓宽了器件的光谱响应范围。

2ZnO-ZnS异质结的光电性能

为了满足下一代光电子器件的应用需要,开发具有柔性,透明等特性的器件成为了最近的研究热点。我们利用静电纺丝技术直接在透明石英玻璃上制备了纳米纤维薄膜,最后印刷上ITO电极,制备成了全透明的紫外光探测器件。另外,我们使用热蒸发法在硅片上生长了高质量的纳米线薄膜,然后将其转移到柔性的PET衬底上,最后印刷上电极,制备出了柔性的光电器件。测试结果表面这种器件经受反复的弯折后,器件的光电性能基本不受影响。这为透明和柔性光电器件在未来的应用奠定了基础。

基于以往在光探测器领域的创新型研究,本研究组受邀在多个知名期刊上发表光探测器综述(Chem. Soc. Rev. 2014,43, 1400−1422; Adv. Mater.2014, 26, 2619–2635; Nano Res. 2015, 8, 382–405)

研究方向 Research




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