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

中科院北京纳米能源与系统研究所李舟课题组AOM:耦合局域表面等离激元共振激发热释光电子效应和压电光电子效应增强紫外光探测

摘要:中科院北京纳米能源与系统研究所李舟课题组耦合局域表面等离激元共振(LSPR)激发热释光电子效应和压电光电子效应显著增强基于ZnO-CuO核壳结构PN结纳米线紫外传感器。


关键词:Advanced Optical Materials, LSPR激发热释光电子效应,压电光电子效应,光电探测器, 中科院北京纳米能源与系统研究所


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紫外线强度监测广泛应用于军事和民用领域。具有合适禁带宽度(3.37 eV)的ZnO(直接带隙)是一种理想的紫外传感材料,但是金属氧化半导体在制备过程中不可避免的会存在氧空位缺陷,这导致基于金属氧化物半导体的光探测器件存在持续光电导效应(Persistent Photoconductive effect),将显著的延长器件的回复时间。具有热释电效应ZnO半导体在光照和关闭光的瞬间产生的热释电电势能够调节载流子的输运过程。热释电电流和电压值与温度随时间的变化量成正比。ZnO对长波长的红外线具有高的光热转换能力,随着入射光波长减小,光子热效应减弱,特别是对于低功率密度的紫外光(≤1 μW/cm2),光激发和光热转换能力较弱,光电流和热释电电流小,检测信号弱。

针对以上问题,中国科学院北京纳米能源与系统研究所李舟课题组提出采用局域表面等离激元共振(LSPR)增强UV光照瞬间的光热转换能力,激发并增强热释光电子效应,增强热释电电流并缩短响应回复时间,耦合压电光电子效应,进一步提光响应度和比探测率,器件对140 nW/cm2的紫外光(325 nm)实现自驱动、高灵敏和快速的检测,响应度和比探测率分别为0.81 mA W-1和3.3´1013 Jones,相对于ZnO/CuO器件,响应度和比探测率分别提高了17倍和12倍。耦合LSPR、热释光电子效应和压电光电子效应增强光检测的发现提供了一种实现对低功率密度光高灵敏检测的有效方法。相关成果发表于Advanced Optical Materials上。

论文第一作者为博士生李奇,通讯作者为中科院北京纳米能源与系统研究所孟建平副研究员和李舟研究员


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