锑基半导体纳米线的有序排列与红外探测器件的研制

Sb-based homo- and hetero-structured semiconductors are excellent infrared materials for high performance photodetectors because of their unique band structures, wide infrared light wavelength response and low power consumption features. With special electronic transport properties and large surface-to-volume area, one-dimensional Sb-based nanostructures may exhibited superior IR photodetecting performance. In this proposal, Sb-based semiconducting nanowires are selected as the subject and we are aimed to develop high performance infrared photodetectors based on Sb-based semiconducting nanowire arrays. We will use chemical vapor deposition method to synthesize Sb-based nanowires and hetero-nanowires and then assembled them into well-aligned nanowire arrays using the simple contact-printing method. The effect of contact strength, lubricant on the nanowire alignment will be well studied. High performance infrared photodetectors on both rigid silicon substrate and flexible substrates will be designed and fabricated using the Sb-based nanowire arrays. The relationship between the device performance and nanowire alignment/nanowire composition/structure/device structure/the interface between nanowire and flexible substrate will be well investigated. This proposal might provide technical guidance and fundamental understanding for both Sb-based nanowire infrared devices and next generation flexible electronic devices.

锑基半导体同质/异质结构材料因其具有独特的能带结构、红外光谱响应波长范围宽、功耗低等优点而成为目前国际上红外材料和光电器件研究的热点。而其一维纳米结构由于特殊的电输运性能及大的比表面积，有望实现更加优异的红外探测性能。本项目以锑基半导体纳米线为研究对象，以构建基于锑基半导体纳米线阵列的红外探测器为目标。拟采用化学气相沉积法生长锑基半导体同质以及异质纳米线，并利用接触印刷法实现其在各种刚性及柔性基底上的大规模有序排列，揭示接触印刷过程中施力的大小、润滑剂的选择等对纳米线阵列的有序度的影响。设计并制作基于锑基半导体纳米线有序阵列的硅基及柔性红外光电探测器。揭示阵列有序度、异质纳米结构的成分和结构、器件结构、电极与柔性基底之间的界面等对器件性能的影响。该项目的实施，将为构筑锑基半导体纳米线的高性能红外探测器件的研制奠定一定的实验和工艺基础以及依据，并为下一代高性能柔性光电子技术提供有意义的思路。

本项目围绕锑基半导体纳米线开展系统的研究工作，着重在相关红外探测器件方面开展了如下的研究工作，并且取得了比较显著的研究进展：.1. 制备出多种锑基化合物，如 ZnSb 纳米片、CdSb纳米片、GaSb纳米线、CdS/Sb异质纳米线、Au修饰的Sb2S3纳米线等，并对其微结构和电学性能进行了深入的研究。.2. 研制了多种基于锑化物纳米片或纳米线的场效应器件和光电探测器。其中基于单晶GaSb纳米线的迁移率大约为 1.71×104 cm2 V-1 s-1。远大于文献中报道的1000 cm2 V-1 s-1。应用于光电探测器件探其测率可以达到8.26×1010 Jones。.3. 研制了基于锑基纳米结构的柔性光电探测器件。GaSb纳米线对808nm红外光的EQE为1.11x105%。柔性器件具有优异的柔韧性和机械稳定性。. 在项目执行期间，取得如下成果：. 论文：在Advanced Materials, ACS Nano等期刊发表SCI收录论文17篇。. 奖励：2017年获北京市科学技术二等奖，2017年获中国材料研究学会科学技术一等奖，2019年获湖北省科学技术三等奖。. 专利：目前授权国家发明专利1项，申请国家发明专利3项。. 会议：在国际学术会议上做邀请报告10次，国内学术会议做邀请报告7次。. 研究生培养：依托本项目目前在读研究生11人，已毕业博士生2名。