成果简介：
近日，宋伟东老师课题组在英国皇家化学学会期刊Journal of Materials Chemistry C上发表封面文章，题为“Porous GaN/MoO3 heterojunction for filter-free, ultra-narrowband ultraviolet photodetection”。该文章通过简便的光电化学刻蚀法和热蒸发法，构造了一种基于多孔GaN/MoO3异质结的无滤波器、超窄带、紫外光电探测器。通过对比研究了不同刻蚀时间及其MoO3层厚度对器件性能的影响，获得了性能优异的紫外光电探测器件。优化后的多孔GaN/ MoO3光电探测器显示出可见盲(峰值在370 nm)和超窄带(FWHM<10 nm)的紫外光响应。此外，该光电探测器显示出较大的光暗比（≈105），以及显著的响应度、外部量子效率和探测率分别为187.5 mAW-1、62.8%和4.34×1012 Jones。基于该器件，展示了一种双通道通信原型，可以完美地解码真正的可见盲紫外光信号而不受可见光干扰，显示出巨大的多通道保密通信系统潜力。
研究背景：
紫外线(UV)光电探测器因其显著的光电转换能力，已被广泛应用于军事和民用领域，如环境监测、空气净化、臭氧空洞探测、空间探测和导弹羽流探测等。GaN作为第三代半导体材料的代表，具有较宽的直接带隙、强原子键合、高导热性、良好的化学稳定性和强抗辐射能力，在光电子、高温、高功率器件和高频微波器件等方面具有广阔的应用潜力。窄带光电探测器能够有效检测特定波长光信号，在现场光谱镜、荧光显微镜、监视和安全光通信系统中尤为重要。目前研究报道的多种窄带响应光电探测器，一方面以有机物为吸收层，例如钙钛矿等有机材料，吸光性好却存在稳定性差的问题；另一方面是将高响应的光电探测器与外置滤光片耦合，这种传统方法成本高且结构复杂。而对于制作简单且高性能的窄带响应紫外光探测器研究甚少。
图文导读：
图1. 多孔GaN和多孔GaN/Moo3异质结的制备和表征。(a) 多孔GaN的光电化学制备示意图。(b) 在不同蚀刻时间下的数码图像和(c) 拉曼光谱。(d) 多孔GaN和(e)多孔GaN/MoO3异质结的SEM图。(f) 多孔GaN薄膜和MoO3薄膜的紫外-可见吸收光谱图。
图2. 多孔GaN、Moo3和多孔GaN/ Moo3异质结光电探测器的光电特性。(a) 多孔GaN/ Moo3 光电探测器结构示意图。(b) 多孔GaN/ Moo3异质结光电探测器、(c) 多孔GaN和(d) Moo3光电探测器的I-V、I-T特性。
图3. 多孔GaN/ Moo3异质结光电探测器的(a) 光电流、响应率和(b) EQE、比探测率。
图4. 一种利用多孔GaN/ Moo3无滤波器窄带紫外光电探测器精确传输信号的双通道光通信系统原型。
本文总结：
本工作通过光电化学蚀刻过程实现了低应力、低缺陷的高质量多孔GaN，提高了GaN的光捕获能力，有助于获得高效(EQE=62.8%)和出色的检测率(4.34×1012 Jones)。重要的是，优化后的可见盲紫外光电探测器具有超窄带(<10 nm)的光响应能力，使其能够不需要滤光片就能检测到特定的波长。此外，这种异质结紫外光电探测器在-3 V偏压、 370 nm紫外光照射下表现出较大的光暗比（≈105），上升/下降时间为48.3/42.2 ms。这种高性能和超窄带响应特性使得多孔GaN/ Moo3紫外光电探测器有望用于安全的光通信系统。
原文链接：https://doi.org/10.1039/D1TC05992K
课题组2020级硕士研究生郭越为本文第一作者，宋伟东老师为第一通讯作者。