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用于超靈敏光電探測的單晶鈣鈦礦p-n結(jié)納米線陣列

高靈敏度光電探測器在現(xiàn)代光電子集成電路中發(fā)揮著重要作用。P-n結(jié)中高效的載流子分離是實現(xiàn)靈敏光電探測的一種有效的途徑。近年來，基于有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦的p-n結(jié)光電探測器由于具有良好的光電性能和易于加工的特點，在實際應(yīng)用中具有很大的潛力。然而，到目前為止，這些器件通常由多晶薄膜制成，其載流子傳輸效率較差，阻礙了其光響應(yīng)性的進(jìn)一步提高。

近日我院呼鳳琴教授課題組和中科院化學(xué)所趙永生研究員課題組合作，報道了一種基于單晶鈣鈦礦MAPbBr3/MAPbBr3-xIx p-n結(jié)納米線陣列的超靈敏光電探測器。首先，通過選擇性區(qū)域陰離子交換方法制備了具有無縫界面的鈣鈦礦p-n結(jié)納米線陣列。該納米線陣列具有高的相純度和良好的結(jié)晶性，確保了有效的載流子傳輸。由于在p-n結(jié)中形成了內(nèi)置電場，使得光生載流子可以在界面處實現(xiàn)有效分離，從而增強(qiáng)光電流（圖1）。如圖2所示，基于該p-n結(jié)納米線陣列的光電探測器在405 nm到635 nm的寬光譜范圍內(nèi)均表現(xiàn)出優(yōu)異的光響應(yīng)性。值得指出的是，在532 nm照明下，該器件獲得了超高的響應(yīng)度（2.65×102 A/W）和出色的光開關(guān)比（2.4×105）。本工作不僅為高性能光電探測器的合理設(shè)計提供了指導(dǎo)，還促進(jìn)了其在光電集成中的實際應(yīng)用。

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圖1 MAPbBr3/MAPbBr3-xIx p-n結(jié)納米線陣列的電子特性

圖2 MAPbBr3/MAPbBr3-xIx p-n結(jié)納米線陣列的光電探測能力

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該研究成果近期發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《Advanced Materials》上，題目為Single-crystalline perovskite p-n junction nanowire arrays for ultrasensitive photodetection（DOI: 10.1002/adma.202203201）。北京師范大學(xué)為第一完成單位，論文共同第一作者為北京師范大學(xué)碩士研究生管雨薇、中國科學(xué)院化學(xué)研究所博士后張春煥以及北京師范大學(xué)碩士研究生劉珍。本研究得到了國家自然科學(xué)基金和國家科學(xué)技術(shù)部基金的支持。（文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202203201）