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6月【第二周】光探测方向文献速览

作者:东谱科技 浏览: 发表时间:2025-06-13 14:41:55


01

基于拓扑绝缘体的光电探测器中的低频 1/f 噪声和势垒高度非均匀性

这篇文章研究了基于拓扑绝缘体 Bi₂Se₃ 和硅的异质结光电探测器中的低频 1/f 噪声和势垒高度非均匀性。通过温度依赖的电流-电压 (I-V) 和电容-电压 (C-V) 测量,确定了光电探测器的关键参数,如势垒高度、理想因子和反向饱和电流。研究发现,低频 1/f 电导噪声谱显示出显著的陷阱态影响,前向噪声特性呈现出典型的 1/f 特征,表明势垒高度分布均匀。光电流与激光功率呈亚线性标度关系,这与复合效应和拓扑表面态有关。该探测器表现出优异的光电响应和相对较低的 1/f 噪声,响应度达到 130 A/W,探测度达到 3×10¹⁰ Jones,上升/下降时间分别为 134/264 微秒,具有 900 Hz 的 2 dB 截止频率,显示出快速的响应速度,使其成为室温可见光光电探测器的有前景的候选者。

https://doi.org/10.1021/acsami.5c07584


02
光子晶体诱导的光物质相互作用增强和暗电流抑制用于高性能氧化镓日盲光电探测器

本文研究了通过在氧化镓太阳盲探测器中引入光子晶体纳米孔阵列来增强光与物质的相互作用并抑制暗电流,从而提高器件的性能。研究结果表明,这种结构能够显著提升光吸收效率,同时降低暗电流,进而实现了高达27134 μmol L−1 g−1的氨生成率。通过精确调控纳米孔的周期、直径和深度,研究揭示了这些几何参数对器件性能的影响,发现优化后的器件展现了出色的光响应特性,包括在254 nm波长下达到了2.14×10¹⁴ Jones的特定探测率和1175.38 A W⁻¹的响应度,展现了其在高性能光电子器件设计中的潜力。

https://doi.org/10.1002/lpor.202500064


03

堆叠透明有机光电探测器阵列用于空间光检测

本研究开发了一种基于堆叠透明有机光电探测器(TPD)阵列的被动空间光检测系统,通过沿光轴堆叠的透明光电探测器捕获不同成像平面上的图像差异,重建入射光的角和位置信息。该系统采用全溶液法制备的TPD阵列,具有透明性和双面光接收能力,实现了全向空间光检测。实验表明,该系统在角度识别方面能达到10/2°(俯仰角)和180/10°(方位角)的识别范围/准确度。TPD在400−900 nm波长范围内响应,双面光接收能力使其能够进行全向空间光检测。该系统可与超光谱相机等光学模块集成,用于多维光场传感。结果表明,当光源距离变化时,系统能够识别光源的发散角度,并且小发散角可能导致测量误差。研究指出,通过优化边缘识别和外推算法,增加TPD阵列的密度和规模,可以提高系统的性能。

https://doi.org/10.1021/acsaelm.5c00776


04

大规模单层二硫化钼上高探测度宽带金属 - 半导体 - 金属光电探测器阵列的光探测机制及紫外-可见成像特性

研究在大规模单层二硫化钼(MoS₂)上开发了高性能的Ni/Au金属 - 半导体 - 金属(MSM)光电探测器。通过多种技术验证了单层MoS₂薄膜的质量。结果表明,在10V反向偏压下,该探测器在350nm和650nm光照射下的光响应分别为2.06A/W和0.68A/W,暗电流处于皮安级别,具有低噪声水平和高光电流与暗电流抑制比。在350nm紫外光照射下,5V偏压时探测度达到5.1×10¹⁶cmHz¹/²W⁻¹,且当反向偏压超过3V时量子效率超过100%。研究表明,陷阱辅助的光电导增益机制占主导地位,还展示了该探测器的紫外和可见光成像能力。这项研究突出了MoS₂ MSM光电探测器卓越的光成像性能,为光电领域做出重要贡献,并暗示其在光子器件中的实际应用前景。

https://doi.org/10.1021/acsami.5c04602


05
自供能 AlGaN/GaN 光伏集成紫外光探测器:具有快速响应和持久光电导抑制特性

本研究提出了一种自供能的片上 AlGaN/GaN 光伏-光探测器集成配置(PPIC),旨在解决传统 GaN 基紫外光探测器(PDs)关断动态缓慢和高残留关态电流的问题。PPIC 利用 AlGaN/GaN 异质结处的高导电性和高载流子迁移率的二维电子气(2DEG),在光伏(PV)偏置相关的电场下实现内部增益,增强静态光电响应。PV 能够与紫外照明同步动态偏置 PD,通过消除暗态下的收集电场来阻止残留光载流子的收集,从而有效抑制残留电流并提升频率响应。此外,PPIC 在 365 nm 紫外光下展现出优异的瞬态性能,0.16 mm² PV 面积的 PPIC 具有 6230 Hz 的 3 dB 噪声带宽,以及 61.18 和 97.79 µs 的超快上升和下降时间,相比传统的外偏置 PD 性能提升超过 100 倍,采用 CMOS 兼容工艺制造的 PPIC 为高速自供能紫外光探测提供了解决方案。

https://doi.org/10.1002/aelm.202500216


06

基于蒽[2,1-b:3,4-b']二噻吩-7,12-二酮的聚合物给体:提升有机光探测器的响应度和热稳定性

本研究针对柔性电子领域中聚合物光探测器缺乏兼具高性能和热稳定性的聚合物给体的问题,合成了一种新的光电构建单元——蒽[2,1-b:3,4-b']二噻吩-7,12-二酮(ADTD),并构建含醌基的聚合物。这种设计融合了醌特性和扩展共轭结构的优势,增强了分子平面性,促进了π电子离域,提升了电荷传输能力。其中,氯代聚合物(ADTD-Cl)展现出高达6.89×10¹³ Jones的比探测率和0.561 A W⁻¹的出色响应度,是目前二元有机光探测器中报告的最高响应度值之一。更重要的是,ADTD-Cl 基器件因较低的陷阱态密度和能量无序,在65°C连续加热1000小时后仍能保持初始性能的80%以上,表现出卓越的热稳定性。

https://doi.org/10.1002/adfm.202507494


07

铝掺杂和纳米柱状结构实现抑制暗电流的硫化铅纳米晶光电二极管用于近红外探测与成像

本研究开发了一种基于溶液处理的PbS纳米晶薄膜及其CdS/PbS异质结的自供电近红外光电二极管探测器。该探测器在室温下展现出极低的暗电流密度(20 nA cm⁻²,偏压−10 mV),显著优于部分商用PbS光电探测器。其在总噪声下的探测率达到7.98×10¹¹ Jones,响应度为130 mA W⁻¹,且在0 V偏压下970 nm照明时线性动态范围达84 dB。这些性能提升主要归功于铝掺杂实现的界面能带工程优化以及器件纳米柱状结构对光生载流子收集效率的增强。此外,研究还成功展示了该PbS光电二极管在近红外成像中的应用潜力,为室温高灵敏度近红外光电探测器和成像技术的发展提供了新思路。

https://doi.org/10.1002/smll.202503935


08

受掺铒GaAs中等离子体效应调制的可调谐近红外光电探测

本研究通过利用半金属ErAs纳米颗粒的局域表面等离子共振效应,显著增强了稀土掺铒GaAs在近红外波段的光电探测性能。采用分子束外延技术生长的高质量掺铒GaAs薄膜,结合傅里叶变换红外光谱和有限元方法模拟,证实了ErAs纳米颗粒能有效增强光吸收并局部电场。在室温下,掺杂0.2% ErAs的PIN光电探测器在-4.5 V偏置电压下展现出5.8 mA/W的峰值响应度和3.73×10⁷ cm·Hz¹/²/W的探测度,同时在-1 V时暗电流密度低至2.19×10⁻⁴ A/cm²,成功扩展至1.3和1.5微米的关键电信波段。这项工作不仅证明了ErAs纳米颗粒在增强近红外光电探测方面的潜力,也为稀土掺杂材料在高性能光电器件中的应用提供了重要参考。


09

高性能氨等离子体处理的CsPbBr₃钙钛矿光电探测器

本文总结了在半导体器件工程中,制备出缺陷抑制且具有最佳光电子特性的金属卤化物钙钛矿薄膜仍是长期存在的挑战。研究系统评估了NH₃等离子体对制备高质量CsPbBr₃钙钛矿薄膜的影响。NH₃等离子体产生NH₂和NH物种,促进晶粒生长,减少缺陷态,使陷阱密度显著降低,从而提高CsPbBr₃薄膜质量。使用NH₃等离子体处理的CsPbBr₃薄膜组装的光电探测器展现了出色的性能,包括62.7 A/W的响应度、7.7×10¹² Jones的探测度、0.1/0.3毫秒的超快响应时间以及卓越的稳定性,这些指标均优于未进行等离子体处理的器件。这些发现为提升CsPbBr₃钙钛矿薄膜的质量,进而改善光电子器件的性能提供了有前景的解决方案。

https://doi.org/10.1021/acsaelm.5c00374


10
π-共轭导电金属–有机框架的界面工程,用于多波段自供能光电探测器

该研究聚焦二维 π-共轭导电金属 - 有机框架(MOFs)薄膜在光电子领域的应用,因其卓越的电荷传输、强光吸收和可调分子结构备受关注。研究者采用空气 - 液体界面生长法制备 π- 共轭导电 Ni₃(HITP)₂薄膜并与 n 型硅结合构建 p-n 结自供能光电探测器。该探测器利用 p-n 结内建电场延长载流子寿命,借助 Ni₃(HITP)₂的宽带高吸收拓宽硅基探测器工作范围,展现出超高响应速度(上升时间 5.9 微秒,下降时间 64 微秒)、高响应度(0.618 A/W)和高量子效率(94%)。理论计算显示 Ni₃(HITP)₂与 n 型硅间低势垒助力快速响应,为开发高性能 π- 共轭 MOFs 混合光电子器件开辟新路径。

https://doi.org/10.1021/acsami.5c06272


11

银离子掺杂助力氧化锌/二硫化钼纳米阵列光电化学光探测器

本文研究了基于银掺杂氧化锌/二硫化钼纳米棒阵列的光电化学 (PEC) 光探测器 (PDs)。结果表明,银离子掺杂可以优化氧化锌的能带结构,减少界面缺陷态,促进内电场的形成,从而显著提高氧化锌/二硫化钼异质结 PEC PDs 的光电性能和稳定性。该光探测器具有优异的光探测性能,其在白光强度为 310 mW cm–2、偏压为 0.6 V 的条件下,光电流密度可达 684.08 μA·cm–2,响应度为 2.207 mA W–1,检测度为 11.3 × 108 Jones,这些性能指标分别比纯氧化锌/二硫化钼高出约 2.7 倍、2.7 倍和 4.2 倍。此外,银掺杂还显著提升了器件的自供能光电性能,在零偏压下展现出优异的光响应特性。这项工作揭示了银离子掺杂提升氧化锌/二硫化钼光探测器性能的机制,为高性能光电化学光探测器的发展提供了理论依据。

https://doi.org/10.1021/acsanm.5c02240


12

一种用于近红外波段和微光成像应用的基于热调控的二维钙钛矿光电探测器

本研究针对二维卤素钙钛矿光电探测器在近红外(NIR)波段响应不足的问题,通过热调控法合成了具有优异结晶性和抑制低维相分布的PEA₂FA₄Pb₅I₁₆钙钛矿材料,构建出自供电高灵敏度NIR光电探测器。实验结果表明,该探测器在800 nm波长处展现出0.325 A/W的显著光电响应能力,同时具备超低噪声电流(<3 pA Hz⁻¹/²)、高达2×10⁵的开关比,并在0.1 µW cm⁻²的极弱NIR光照条件下成功实现了高分辨率成像。这项工作不仅突破了传统低维钙钛矿的带隙限制,还为自动驾驶、机器视觉等领域的NIR弱光成像应用提供了高性能材料解决方案,证实了二维钙钛矿在下一代光电器件中的巨大潜力。

https://doi.org/10.1002/adfm.202505180


13

II 型CsPbBr₃/SnS₂ 异质结构纳米晶体:迈向高性能自供能紫外光电探测器

本研究聚焦于全无机钙钛矿量子点在高性能自供能紫外探测器中的应用。针对溶液法制备的CsPbBr₃量子点薄膜存在的载流子复合与电荷传输问题,创造性地设计了II型CsPbBr₃/SnS₂纳米异质结构。通过能带调控实现快速电荷分离与复合抑制,在零偏压条件下实现了检测阈值低至0.06 mW/cm²的高灵敏度探测。该器件展现出142.5 mA/W的高响应度、1.13×10¹³ Jones的比探测率及4毫秒的超快响应速度,同时具备16522的光暗电流比和84.4 dB的线性动态范围。这些突破性指标不仅超越了现有钙钛矿量子点基探测器,更为零功耗紫外监测系统提供了全新解决方案,对于工业控制与物联网传感具有重要意义。

https://doi.org/10.1039/D5TC01163A


14
近期关于基于氧化锌薄膜光探测器的研究进展综述:制备、结构及性能提升策略

本文综述了基于ZnO薄膜的光探测器的最新研究进展,重点探讨了提升其性能的五种策略。ZnO凭借宽禁带、高激子束缚能等优势,在紫外探测领域潜力巨大,但存在响应速度慢、暗电流大等问题。通过引入贵金属纳米颗粒(如Au和Ag)或有机钝化层(如PEG和PVDF),可以有效提高载流子分离效率和响应速度;而掺杂过渡金属(如Co和Al)或稀土元素(如Ga),则可以降低暗电流并扩展光谱响应范围。在异质结构建方面,p-NiO/n-ZnO异质结在365 nm紫外光照射下,响应度可达0.059 A/W,检测率可达5.7 × 10¹⁰ Jones。文章还展望了ZnO基薄膜光探测器的未来发展方向,旨在为相关领域的研究人员提供性能优化和未来应用的策略参考。

https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2025.113352


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