科学家们发表关于无铅过氧化物基异质结光电探测器的新评论
发布时间：2023-03-29 00:00:00.000Z
最近发表在《应用表面科学进展》上的一篇评论总结了无铅过氧化物基异质结光检测器的现状。
混合过氧化物材料被广泛认为对下一代光子技术有重大的实际影响。由于其独特和更好的光电特性，铅基材料是最常见的。然而，人们认为铅的毒性很高，这可能会减缓甚至阻碍商业化的速度，因此对这些器件中存在的铅提出了一些质疑。
在寻求高性能和无毒之间的权衡中，用无毒元素替代铅，同时仍能实现相当的性能水平和合理的长期稳定性，已经变得非常重要。
过氧化物酶材料的优势
对于各种设备应用，包括光子和光电，过氧化物材料已被证明是高效、经济和最有前途的能源材料。过氧化物材料的独特物理特性，如其高介电常数、铁电特性、长距离伏极电荷传输、低激子结合能、高吸收系数等，已经吸引了许多光伏和光电研究人员的注意。
光电探测器
一类基本的光电器件，光电探测器（PDs），将光子转换成电脉冲。一些研究领域依靠PDs的性能来提供变革性的结果。比如说：
光电探测器对于在光通信系统中实现信号有效的光电子转换至关重要。探测器所能容纳的频率范围直接影响到响应性。
为了确定一个人的健康状况，过氧化物酶光探测器可用于针对皮肤表面的可穿戴电子设备。荧光和生物分子可以为光电探测器提供组织结构的信息。
在成像应用中，PD的优越性能影响到可以获得的分辨率和信息。
基于过氧化物酶的异质结光检测器
为了创造高性能的光电探测器，异质结被开发出来。这些异质结提供了一个电场，提高了收集效率并抑制了光生载流子的重组。PD的检测功能的性能将对上述光电设备的功效产生相当大的影响。
通过融合两种不同的半导体相来构建半导体异质结是提高PD性能的一种常见技术。异质结是两种固体材料之间的一个界面。该界面包括快速离子导体、金属材料、绝缘体和半导体。它由两个彼此不相似的半导体区域或层组成。
与同质结相比，异质结半导体材料的带隙是不同的。许多固态设备的应用都得益于电子能带的定制。一个异质结构是一个结合了许多异质结的部件。
异质结光电探测器对光高度敏感，结构紧凑，重量轻，线性好，电阻小，暗电流小，噪音小，并且具有较高的量子效率。
无铅过氧化物光电探测器
由于其优越的光电品质，铅基过氧化物材料已被广泛用于开发异质结光电探测器。但是，铅基过氧化物有两个重大的挑战。一方面，该材料在光、热和潮湿环境下的不稳定性限制了其工作环境。另外，铅基过氧化物中的铅元素的毒性导致许多国家对其使用的限制，严重限制了其在消费电子产品中的使用潜力。因此，从理论和实践的角度来看，创建一个无铅的基于过氧化物的异质结光电探测器是至关重要的。
最近，许多无铅的基于过氧化物的异质结光电探测器已经得到了实验。一些例子是：
通过反溶剂蒸发辅助结晶法创造的无铅单晶包晶石CsCu2I3。在这里，在CsCu2I3单晶的表面，然后通过水处理创造了一个纳米结构的CuI薄膜，以创造一个CsCu2I3/CuI平面异质结。多孔的CuI表层的捕集光的能力极大地提高了光电探测器的性能。
一种用于高性能铟锡氧化物/氧化锌/CsSnBr3:P3HT/CuSCN/Ag光电探测器的锡基卤化物过氧化物无铅纳米组合物。这些PDs显示了暗电流的减少和电荷载流子密度的增加。
一个具有SnO2/CABB(Cs2AgBiBr6)异质结的光电探测器已被证明可以通过添加溶剂作为后处理技术的一部分而得到改善。这种改进的异质结光电探测器表现出良好的光电检测性能。
使用金属有机化学气相沉积和旋涂技术设计了一个Ga2O3/CuBiI4异质结紫外光检测器。Ga2O3薄膜和CuBiI4薄膜在吸收光谱中的光吸收特性提供了出色的光电能力。
当在宽光带间隙p型和n型半导体之间加入一层BFO过氧化物薄膜时，基于BFO的自供电光电探测器显示出更好的响应速度。
深入研究了V2O5界面钝化和厚度对采用热蒸发方法生产的V2O5/n-Si异质结光电探测器的异质结光响应性能的影响。V2O5/n-Si光电探测器的自供电、高度稳定、快速反应和效率使其成为大规模制造的理想选择。它们还将阐明载流子的运输问题，并有助于其他异质结器件的制造。
展望
异质结无疑是光电转换的重要和有前途的设计。它们具有宽广的表面，有效的光载流子收集和转换，可调谐的路线，以及更好的光捕获。必须逐步研究无铅过氧化物材料的基本特征，以决定哪种材料是基于铅原子的系统的最佳替代品。替代材料还应该是可广泛获得的、廉价的、稳定的和可溶液加工的。
参考资料
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