二维Bi2Se3的柔性光电探测器构建与性能研究

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随着社会发展,将光信号转换为电信号的光电探测器由于在军事和人类日常生活中的广泛的应用,引起了全球研究人员极大的兴趣。最近,二维(2D)材料因其固有的原子结构,出色的柔韧性,优异的光电性能和与柔性基板的高度兼容性引起了广泛关注。拓扑绝缘体(TI),一种新兴的2D材料,由于其独特的物理和光电特性,吸引了大量科研研究者的目光,使其广泛地应用于新一代光电器件中。硒化铋(Bi2Se3),一种典型的Z2类拓扑绝缘体,由于其优异的光电性能和特殊的禁带宽度以及高载流子迁移率的特性,使其在光电探测器领域中有着广泛的应用。然而,大多数现有的光电探测器制造工艺复杂,耗时长且价格昂贵,重要的是,这些光电探测器大多是刚性的。在这种情况下,采用简便,低成本的方式来构建高性能的柔性光电探测器是促进其实际应用的有效策略之一。本文以一种典型的二维Tl(Bi2Se3)纳米材料展开讨论,探索了基于Bi2Se3纳米片构建的光电探测器的光电性能及其柔性器件制备工艺的优化。相关工作如下:1. 我们通过研磨辅助的液相剥离法得到了Bi2Se3纳米片。通过一系列表征手段对样品进行微观和结构的表征,同时使用PEC测试系统研究了Bi2Se3纳米片的光电性能。结果表明,实验所制备的Bi2Se3纳米片在光照下表现出良好的光响应性能和稳定性。此外,通过采用柔性ITO基底,使得器件得以实现弯曲折叠的功能。2. 考虑到二维材料在柔性器件应用上的一些特殊的优势,我们把Bi2Se3纳米片作为柔性光电探测器的光敏材料。同时,采用普通纸张作为柔性基底,铅笔在纸张上图画电极,毛笔书写功能材料的方式构造柔性器件,设计并制备出graphite/Bi2Se3/graphite结构的柔性光电探测器。通过吉时利半导体测试系统对器件进行光电性能检测,结果显示,柔性器件实现了从可见-红外光的可调的光电性能,所制备的柔性光电探测器主要在红外区域响应。在5 V的偏压下,Bi2Se3光电探测器的光电流高达0.82μA,响应度达到26.69μA W-1。此外,对柔性器件进行循环弯曲稳定性测试,结果显示,在1064 nm红外光照射下,Bi2Se3柔性光电探测器在经过1000次弯曲循环后没有表现出明显的光电流衰减,依然维持着良好的开光特性,并且在160°大角度弯曲下依然保持了60%的原始光电流水平,表明该原型器件具有出色的电学稳定性和长期柔韧性。
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