濟南大學APL： p-Si/CsPbBr3 異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電探測器

作者：集小微 2024-11-23

來源：濟大產(chǎn)研院知識產(chǎn)權(quán)服務(wù)平臺 #濟南大學# #鈣鈦礦#

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一、【研究背景】

光電探測器 (PD) 是生物醫(yī)學傳感、現(xiàn)代成像、空間通信和環(huán)境監(jiān)測等不同學科中不可或缺的組件，是一種擅長捕獲精確波長譜內(nèi)的光信號并將其即時轉(zhuǎn)換為電脈沖的設(shè)備。目前，商業(yè)光電探測器主要以傳統(tǒng)元素半導(dǎo)體（如 Si 和 Ge）以及化合物半導(dǎo)體（如 GaAs 和 CdS）為主。然而，商業(yè)光電探測器的設(shè)備探測能力和速度，加上其高昂的成本和嚴格的制造先決條件，凸顯了探索和開發(fā)替代品的緊迫性。

金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體已成為這一探索中一個有前途的競爭者。它們獨特的特性融合在一起，包括可調(diào)帶隙、卓越的光吸收能力、卓越的載流子遷移率和低成本的制造工藝，使它們成為一種誘人的選擇，近年來引起了廣泛的興趣和研究努力。對高質(zhì)量感光材料的追求是實現(xiàn)先進光電探測器器件的基石，金屬鹵化物鈣鈦礦正迅速成為該領(lǐng)域的領(lǐng)跑者。值得注意的是，以CsPbX 3 (X = Cl、Br、I)族為代表的全無機鉛基鹵化物鈣鈦礦，不僅繼承了其鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的優(yōu)異光學屬性，而且還表現(xiàn)出卓越的環(huán)境穩(wěn)定性。這些屬性使它們成為廣泛光電探測器應(yīng)用中極具競爭力的候選者，預(yù)示著這些鈣鈦礦材料的光明前景。

目前，大多數(shù)鈣鈦礦光電探測器都是使用旋涂技術(shù)以及復(fù)雜的前體和添加劑溶液制造的。然而，這個過程本質(zhì)上對實驗的細微差別很敏感，這對實現(xiàn)可重復(fù)和受控的設(shè)備性能提出了挑戰(zhàn)。

二、【研究進展】

多層旋涂工藝因其固有的不可控性而受限，在此背景下，脈沖激光沉積（PLD）作為一種無需額外氣體或溶劑的替代方案，展現(xiàn)出了巨大的潛力。通過PLD沉積的薄膜能夠精確復(fù)制目標材料的化學成分，確保了化學純度的高度一致，并顯著提升了薄膜厚度與均勻性的控制精度。

作者巧妙地利用PLD技術(shù)在SrTiO3襯底上成功生長了CsPbX3薄膜，相較于多晶薄膜而言，這一成果彰顯了PLD在制備高晶體質(zhì)量和卓越相穩(wěn)定性的外延鈣鈦礦薄膜方面的強大能力。尤為值得一提的是，基于PLD生長的CsPbBr3外延薄膜所構(gòu)建的MSM型光電探測器，其性能卓越，不僅擁有超低暗電流，還實現(xiàn)了探測率的新紀錄，這進一步凸顯了PLD在推動鈣鈦礦光電探測器技術(shù)發(fā)展中的巨大潛力。

此外，鈣鈦礦材料憑借其與傳統(tǒng)硅半導(dǎo)體無縫集成的獨特優(yōu)勢，結(jié)合成熟的加工技術(shù)，為創(chuàng)建高性能異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電探測器開辟了新的途徑。這種創(chuàng)新方法不僅大幅降低了加工成本，簡化了設(shè)備制造流程，還充分利用了兩種材料的互補特性，從而顯著提升了設(shè)備性能，并可能解鎖更多前所未有的功能。

因此，探索PLD作為生長高質(zhì)量CsPbBr3鈣鈦礦薄膜以及與硅構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電探測器的替代方法，具有極高的價值。這一方法有望克服以往技術(shù)中的諸多限制。在本文中，作者通過PLD技術(shù)在p-Si襯底上成功外延生長了高質(zhì)量的CsPbBr3鈣鈦礦薄膜，并展示了具有顯著增強綠光響應(yīng)的p-Si

-CsPbBr3異質(zhì)結(jié)構(gòu)光電探測器，為光電探測技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。

三、【圖文簡介】