Nanoenergy and Biosystem Lab
Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems, Chinese Academy of Sciences

【Advanced Functional Materials】等离激元诱导的热释电光电子效应增强自驱动紫外−可见光检测

Advanced Functional Materials】等离激元诱导的热释电光电子效应增强自驱动紫外可见光检测

紫外线、可见光和红外辐射的传感对于光通信、臭氧传感、环境监测、成像、空间探测等方面应用具有重要的科学技术意义。紫外光传感器在监测、识别和跟踪火箭或导弹等方面比长波长的传感器具有优势。宽直接带隙半导体ZnO在短波长光电探测器件领域具有独到的优势,但是基于ZnO的光电探测器由于其持续光电导效应(PPC)而表现出的恢复时间长。对于增强基于ZnO的光电探测器的性能,利用热释电光电子效应是一种可行的方法。但是由于紫外光弱的光子加热效应,ZnO却很难表现出热释电效应,尤其是在对于弱紫外光传感时。所以很需要一种新的策略及工作机制来提高基于ZnO的光电探测器的性能。局域表面等离激元共振(LSPR)能在光照时产生很大的瞬间热功并快速提升ZnO的温度,能使LSPR与热释电光电子效应很好地耦合从而提升器件性能。

近日,中科院北京纳米能源与系统研究所李舟研究员团队提出一种实用的方法,将ZnO的热释电效应与Au纳米颗粒的局域表面等离激元共振(LSPR)耦合,提高基于ZnO的光电探测器的性能。该团队在均匀包覆的ZnO/CuO核壳纳米棒上附着一定量的Au纳米颗粒,构建了一个PN结的自驱动光电探测器件,实现对低强度紫外可见光的检测。即使紫外光的功率密度为68 nW cm−2时,这种自驱动光电探测器也能实现快速和灵敏检测。在该光功率密度下,器件对325 nm波长的最佳响应度和探测率为1.4 × 10−4 A W−13.3 × 1011Jones,其性能明显优于不含Au纳米颗粒的光电探测器在这项工作中发现的基本原理有利于深入认识LSPR激发的热释光电子学效应,为设计高性能光电探测器的提供了潜在的方法。相关成果以“Plasmon-Induced Pyro-Phototronic Effect Enhancementin Self-Powered UV–Vis Detection with a ZnO/CuO p–n Junction Device”为题发表于国际权威期刊Advanced Functional Materials (2021, 202108903)。本文第一作者为博士生李奇和孟建平副研究员。

原文链接:https://doi.org/10.1002/adfm.202108903

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