华南先进光电子研究院Richard Noetzel课题组在

《Applied physical letters》发表重要研究成果

 

近日，我校华南先进光电子研究院周国富教授团队Richard Nötzel教授在电化学光电探测器领域的研究上取得重要成果，相关研究成果以“Visible-light photoelectrochemical photodetector based on In-rich InGaN/Cu₂O core-shell nanowire p–n junctions”（doi: 10.1063/5.0082509）为标题发表在知名物理期刊Applied Physics Letters 上。

光电探测器是光学系统中的核心组件，用于将光信号转换为可进一步处理的电信号，被广泛应用于传感、监测、通信和光谱学等领域。电化学光电探测器（Photoelectrochemical Photodetector, PEC PD）易于制造，具有良好的光响应，并且在自供电模式下运行时不需要电源，相比于各种类型的固态光电探测器，是一个非常有吸引力的选择。但是，目前已报道的电化学光电探测器响应速度较差，如何提高其响应速度仍然是一个巨大的挑战。在这项工作中，作者报道了一种基于高In组分InGaN/Cu₂O核壳结构p-n结纳米线的，自供电型可见光波段探测PEC PD。在电解液中，p型半导体光阳极的表面能带在平衡状态下会向下弯曲，阻止价带上的空穴向电解液中扩散。这是制约p-n节型光电阳极光生载流子分离的关键所在。而对于n-InGaN/p-Cu₂O核壳结构而言，由于p-Cu₂O壳厚度较薄，由于内建电场的作用其空穴被完全耗尽，因此与电解液接触后p-Cu₂O壳的表面能带不会向下弯曲，从而实现光生载流子分离的最大化。InGaN/Cu₂O核壳纳米线在1-sun时的光电流密度在裸的InGaN纳米线的基础上提高了8倍，响应率及比探测率分别达到了173 µA/W和4.3×10⁸ Jones；在PEC PD领域，该PD的响应率和比探测率属于一流水平。该PD的光响应时间为40 ms, 恢复时间为30 ms；在PEC PD领域，器件的光响应及恢复速度属于领先水平。

Richard Nötzel教授在半导体纳米结构外延生长及其光电和电子器件方面拥有超过25年的研究经验。主要研究工作包括半导体和金属纳米结构的直接外延生长和电学性质及其在新型功能器件中的应用。其学术成果包括：超过500篇的学术论文，其中4篇发表于《Nature》。自2017年以国家“千人外专计划”全职加入了华南师范大学后，Richard Nötzel教授带领的量子材料课题组近5年在三五族氮化物的压电光电及材料生长等研究方面取得了一系列重要突破，先后在《Nanoscale》、《Nano Research》、《Applied Surface Science》《Chemical Engineering Journal》、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《Nano Energy》等国际主要学术期刊上发表20余篇原创性研究论文，提高了我校在MBE材料生长及三五族氮化物研究领域的知名度。

本研究工作得到了广东省自然科学基金、长江学者和创新团队发展计划、广州市科技计划和“111计划”等项目的支持。

以上突破性成果的取得，得益于我校高端人才引育政策和国家级国际科技合作平台的重要支撑，展现了我校师资培养工作以及基础学科研究的最新进展。

论文链接：https://doi.org/ doi: 10.1063/5.0082509

 

PEC PD能带结构及工作示意图

 

 

撰稿人：Richard Nötzel 课题组

初审：王耀

复审：曹桂诚

终审：陈必华书记