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西安交大团队设计出一种基于挠曲电效应的光电探测器

仪表研发 2021年04月07日 11:38:32 来源:西安交大人气:11239
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  【仪表网 仪表研发】光电探测器能把光信号转换为电信号。根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同,光电探测器可分为两大类:一类是光子探测器;另一类是热探测器。
 
  此外,光电探测器的原理是由辐射引起被照射材料电导率发生改变。光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等;在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。光电导体的另一应用是用它做摄像管靶面。为了避免光生载流子扩散引起图像模糊,连续薄膜靶面都用高阻多晶材料,如PbS-PbO、Sb2S3等。其他材料可采取镶嵌靶面的方法,整个靶面由约10万个单独探测器组成。
 
  近日,据交大新闻网报道,该校团队设计了一种基于挠曲电效应的光电探测器,能够对外加光照产生纳秒级的时间响应,从而实现对外界光照的超快探测。
 
  该相关研究成果以“Flexoelectric thin-film photodetectors”为题发表于Nano Letters期刊上。西安交通大学为该论文的第一作者单位及通讯作者单位。西安交通大学电气工程学院吴明博士后和青岛大学姜植峥硕士生为论文共同第一作者,西安交通大学娄晓杰教授,青岛大学温峥教授和新加坡国立大学Stephen J Pennycook教授为论文通讯作者。
 
  如果在具有中心对称晶体结构的电介质材料中存在应变梯度,中心对称会被打破并产生极化,该现象称之为挠曲电效应。梯形结构的材料中的应变梯度可以通过外加载荷产生,由此产生的挠曲电效应可以实现力-电之间的转换,该效应可以媲美甚至超过压电材料中的压电效应。
 
  挠曲电效应和材料中的应变梯度成正比,会随着材料特征尺寸的减小和应变梯度的增加而增强。在纳米尺度下,向原子力尖端施加的载荷,会导致材料中出现很大的应变梯度。
 
  西安交通大学前沿院娄晓杰教授课题组设计了一种基于挠曲电效应的光电探测器。该光电器件具有金属/氧化物/金属结构,通过利用LaFeO3薄膜与LaAlO3衬底之间晶格失配的逐渐弛豫在LaFeO3薄膜中引入应变梯度,从而产生了显著的挠曲电效应。挠曲电效应通过调控LaFeO3薄膜的能带结构将光生载流子分离,产生的光生电流密度为0.3 mA/cm2,光生电压为0.4 V。该光伏器件对外加光照能够产生纳秒级的时间响应,从而实现对外界光照的超快探测。
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