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带有壳形结构的纳米粒子可以提高光电探测效率和速度
出处:新材料  录入日期:2018-09-21  点击数:2133

 

 

      具有精确控制的多壳结构的氧化锌纳米颗粒可以捕获光,从而改善光电探测器的性能 图片来源:KAUST(阿卜杜拉国王科技大学)
      对于光传感器灵敏度的提高以及太阳能电池的效率的改善,我们需要通过微调光捕获情况来实现。所以,就在近期,KAUST的研究人员利用复杂的几何结构开发出了一种微小的壳形覆盖物,其可以提高光电探测器的效率和速度。
      到目前为止,在寻求光效率的道路上,研究人员已经研究了许多光腔设计,即通过捕获电磁波或通过将光限制到器件的有源区以增加吸收。然而,目前采用最多的就是利用简单的微米级或纳米级球体,以这种形式来提高光的效率,其中,光在其表面内部以圆圈形式传播,我们称这种传播方式为回音壁模式。
      加州大学伯克利分校的博士后研究员,兼KAUST的前科学家Der-Hsien Lien,和Berkeley以及他来自中国,澳大利亚和美国的同事证明了,一个较为复杂的几何形状凸纳米级壳通过提高光学探测器的速度使他们能够检测从四面八方来的光,从而达到改善光探测器的性能。
      KAUST的首席研究员Jr-Hau He解释说,表面效应在某些设备的操作中起着重要作用。纳米材料由于其高表面积与体积比而提供了改善性能的方法。Jr-Hau He还表示:“然而,尽管纳米材料在光检测方面与普通材料相比具有更高的灵敏度,但是因为它们更薄一些,所以其与光物质相互作用较弱。为了改善这一点,我们设计了用于捕捉光线的结构。”
      研究人员用半导体氧化锌制造了球形多纳米壳。他们将固体碳球浸入一种氧化锌盐溶液中,并用光学材料涂覆它们。然后,通过热处理的手段,除去碳模板并确定剩余的氧化锌纳米结构的几何形状,其中包括壳的数量以及它们之间的间距。因此,Lien及其同事能够通过这种方法设计了外壳和内壳之间的相互作用,从而使得在纳米材料表面附近诱导回音壁模式和光吸收。
      该研究团队将他们的纳米壳集成到光电探测器中。球形纳米壳的对称性意味着可以激发回音壁模式,而几乎不依赖于入射角或入射光的偏振。
      在之前的研究中,基于金属氧化物纳米颗粒的光电探测器遇到的一个问题就是它们的速度慢,即设备需要花费几百秒才能响应。然而,使用氧化锌纳米壳应用于光电探测器,光电探测器能够在0.8毫秒内响应,极大地改善了光电探测器响应速度。
      He还表示:“这种策略也可以应用于其他工作,如太阳能电池和水分解装置。而且在未来,我们将研究不同的材料系统和设计结构,以提高设备在其他应用中的性能。”
      原文题目:Nanoparticles with a shell structure improve the performance of zinc-oxide photodetectors,原文来自phys,由材料科技在线团队编译。
      来源:新材料

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