济南大学AOM：外延法生长硒化锑纳米棒阵列用于异质结自供能光电探测器

硒化锑（Sb₂Se₃）以其优异的光学和光电特性引起了人们的广泛关注，可用于广带宽的光电探测器。研究热点是在半导体衬底上生长Sb₂Se₃直接形成异质结构，这有助于自供电光电探测器的pn结。一维 Sb₂Se₃沿着纳米棒垂直方向的光捕获及光吸收是促进电荷载流子沿纵向传输的首选。单一晶向纳米棒的垂直生长仍有一定的难度。

济南大学前沿交叉科学研究院逄金波-刘宏教授团队和德国德累斯顿工业大学材料科学与纳米系G Cuniberti教授等人合作针对这一问题进行了研究。在这项工作中，通过选择晶格匹配衬底的生长方式，利用近空间升华法实现了Sb2Se3纳米棒阵列的垂直排列，即掺硼氧化锌（110）表面实现了硒化锑的外延方式生长。直接生长的掺硼ZnO/Sb₂Se₃纳米棒阵列异质结构实现了高性能宽带光探测器。该器件显示出非凡的性能参数，即高响应度、电流开/关比和探测率。此外，器件模拟预测了光电探测器性能的理论极限抑制Sb₂Se₃缺陷密度的条件。这些结果可用于指导低维材料可控生长以及自供电光电探测器等研究。

本文制备的Sb₂Se₃纳米棒阵列，与Sb₂Se₃薄膜相比，具有更高的载流子传输效率和光陷获能力，所以产生更高的光电流。制备的掺硼ZnO/Sb₂Se₃纳米棒阵列异质结构光电探测器在460−930 nm波长范围具有良好的光电流响应。自供能的特征体现在，在零偏压下，即高偏压下，在625 nm红光下进行测试，体现了高开关比（939），响应度（172.8 mA W⁻¹） ，探测率（2.25×10¹¹ Jones）。该工作还通过器件模拟用于器件极限性能预测，将Sb₂Se₃层的缺陷密度抑制到10¹³ cm⁻³以下，获得了器件的理论极限性能：包括开/关比（2.36×10⁹），响应度（216.7 mA W⁻¹） 和探测率（3.99×10¹⁴ Jones）。

研究者相信，本文提出的垂直排列Sb2Se3纳米棒阵列的外延模式精确可控生长提供了一个通用指南，用于材料合成和促进异质结基宽带系统用光电探测器，有望应用于自供电、低功耗光电探测器的设计与制造。相关结果以Epitaxial Growth of Vertically Aligned Antimony Selenide Nanorod Arrays for Heterostructure Based Self‐Powered Photodetector为题，在线发表于Advanced Optical Materials（DOI: 10.1002/adom.202200816）上。