半導體所在柔性一維光電探測器研究方面取得系列進展

　　隨著科學技術日新月異的發(fā)展，人們對便攜化、娛樂化、健康化的可穿戴式電子設備不斷追求，促使其相應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，為了實現(xiàn)光電探測器的便攜化和可移植化，柔性光電探測器的設計與制備受到了研究人員的廣泛關注。柔性光探技術的快速發(fā)展對敏感材料的敏感性與柔韌性要求越來越高。一維無機納米材料具有高的長徑比，各向異性特點明顯。其獨特的電子限域作用有利于電子和空穴能態(tài)保持分離，能有效延長載流子壽命，展現(xiàn)出優(yōu)秀的光電特性。同時，線性的幾何結構，使得其對外力具有很好的彈性，導致在發(fā)生形變后，材料表面不會產生裂紋。這些特點都使得一維無機納米材料適用于微型柔性光電器件的設計和制備。

　　最近，中國科學院半導體研究所超晶格國家重點實驗室研究員沈國震課題組，在一維無機分枝同質/異質納米線制備及柔性光電探測研究方面取得了系列進展。博士生李祿東等提出了通過構造CdS分枝同質納米線來改善其探測靈敏度的想法，成功地設計出了具有超高探測靈敏度的CdS柔性可見光探測器，其在可見光照射下的光暗電流開關比高達1.96 × 104，比探測率為4.27 × 1012 Jones，比之前報道過的CdS納米線光電探測器高出了幾個數(shù)量級，相關工作發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (2015, 7, 23507−23514)上。

　　為了進一步提高探測器的光電性能以及拓寬器件的光譜響應。課題組婁正博士利用兩步法在ZnS納米線表面生長了一層CdS納米棒，形成ZnS/CdS分枝異質納米線。由于電子空穴對在界面處的分離，ZnS/CdS分枝異質納米線對350 nm紫外光響應相對于純相的ZnS納米線有明顯的提高，其光暗電流開關比達到了105，比探測率為2.2 × 1014 Jones。同時，由于引入了CdS納米棒，器件對可見光也有很好的響應。此外，大面積的ZnS/CdS分枝異質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)良的重復性和穩(wěn)定性，經過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、電子傳輸功率可調制以及獨特的光學特性等特點，制備出了高響應的InGaO3(ZnO)超晶格納米線柔性紫外光探測器。相關工作發(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，課題組關于多元氧化物ZnGaO3單根納米線柔性紫外光探測器的工作也發(fā)表在Nano Research (2015, 8, 2162-2169)上。

　　基于課題組近年來在一維無機納米材料柔性光電探測方面的系列進展，應德國Wiley出版公司綜合期刊Advanced Science 編輯的邀請，近日沈國震課題組在該雜志上發(fā)表了綜述性文章(2015, DOI: 10.1002/advs.201500287)，總結了近十年來柔性光電探測領域所取得的重大突破和進展，并對該領域未來的研究熱點進行了預測與分析。論文發(fā)表以后被Wiley旗下的Materials Views China網站進行了題為《基于一維無機納米材料的柔性光探測器的研究現(xiàn)狀》的熱點報道。

　　該系列工作得到了國家自然科學基金（61377033、6157413）等項目支持。