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2023

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Adv. Optical Mater.：基于夾在石墨烯電極之間原位排列單晶PbS納米立方體的垂直光電探測器

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硫化鉛(PbS)是一種經典的窄帶隙材料，具有很高的靈敏度，是短波紅外(SWIR)探測的可靠選擇。優化PbS基光電探測器的主要工作依賴于發現新的低維形貌和設計精致的器件結構，這可能會在響應速度、靈敏度和響應區域的協同提高方面產生影響。

有鑒于此，近日，中科院重慶綠色智能技術研究院魏興戰研究員團隊采用電化學技術在石墨烯上原位電化學生長單晶PbS納米立方體，報道了一種石墨烯-PbS納米立方體-石墨烯垂直光電探測器。在光照下，PbS納米立方體的表面態俘獲光生空穴并形成光電壓，從而拓寬了溝道中的導電區域。這種光浮柵效應有助于形成光電流，使器件具有高響應率。此外，高度結晶的PbS納米立方體作為優秀的垂直溝道，允許實現快速的速度。在室溫下，器件在2700 nm處的響應率為≈130 A W^-1，外量子效率為≈6000%，探測率為3×10⁹ cm Hz^1/2 W^-1(@1 kHz)，響應/恢復速度為15/42 ms。這種垂直集成器件由PbS納米立方體和石墨烯組成，為CMOS兼容的SWIR探測提供了一種有前途的方法，從而開辟了利用納米材料的各向異性形態來定制器件性能的途徑。

圖1. Gr-PbS-Gr VPD的概念和表征。