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固体所在W掺杂有序二氧化钒纳米线阵列光电性能研究方面取得进展
发表日期: 2018-02-06 作者: 高旭东
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近期,固体所纳米材料与纳米结构研究室费广涛研究员课题组在W掺杂有序二氧化钒纳米线阵列光电性能研究方面取得进展。相关研究结果发表在Applied Surface Science (Appl. Surf. Sci. 436, 1061-1066 (2018))上。

氧化钒材料具有高的电阻温度系数和光热效应,在红外探测方面具有潜在的应用前景。氧化钒单根纳米线结构带隙窄、结晶性好比表面积等优点,其构筑的器件具有好的光响应度和量子效率等,是目前氧化钒红外探测的主要研究方向。然而,氧化钒单根纳米线的有效光照面积非常小,导致所产生的光电流很低,限制其应用。将单根纳米线有序排列起来,由于单个纳米线的集成效应和有序排列导致电子在传输过程中具有极高的传输速率和低的损耗,这样既可以发挥纳米材料光电特性好的优点,又能够最大限度地增加有效光照面积可以使其获得较高的光电流值,从而实现优异的光电响应性能。

另一方面,对于半导体而言,元素掺杂具有减少光生电子空穴对复合、提高电导率、提高自由载流子浓度和载流子寿命等特点,因此,被认为是提高光电探测器光响应的一种有效方法。

为此,费广涛研究员课题组硕士研究生谢秉合等制备了高质量二维有序W掺杂VO2(M)纳米线阵列。这种有序的W掺杂纳米线阵列展现出了毫秒级的快速红外响应速度和高达21.4 mA/W的响应率,相比于纯的VO2(M)纳米线阵列探测器 (响应度为0.29 mA/W)W掺杂之后的响应率提高了近两个数量级。这项研究为未来的高性能光电器件的设计提供了一种直接、方便的路径。

以上研究得到了国家973计划项目,国家自然科学基金、中科院固体物理研究所所长基金的资助和支持。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.12.072

                     

1. W掺杂前后VO2(M)纳米线阵列的红外光电响应。(a)光电测量原理图;(b)红外激光(980 nm)照射下,W掺杂前后VO2(M)纳米线阵列I-V曲线;(c)(d) VO2(M)W掺杂VO2(M)纳米线阵列器件的光响应。

       

2. (a)在红外激光照射下(980 nm)VO2(M)纳米线光电探测器的光电流上升和下降曲线。(b)W掺杂VO2(M)纳米线的SEM照片。

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