鑽石舞台

深紫外偏振光電探測器在遙感成像、光學雷達、光通信、圖像顯示系統和傳感器等領域具有重要的應用。作為一種特殊的光電器件，偏振光探測器的製備對工作介質有很高的要求，除了優良的光吸收能力外，還包括材料本身的形態和不對稱的晶體結構等，上述特性使得材料能夠展現出各向異性的光響應能力。近年來，金屬鹵化物鈣鈦礦作為一類新興的半導體材料，因其獨特的結構各向異性和形貌多樣性，在偏振光電探測方面已經取得了初步進展。然而，以往報道的鈣鈦礦基偏振光電探測器主要集中在可見光和近紅外光區域，對深紫外區域的偏振敏感型探測器研究較少。

近日，鄭州大學物理學院史志鋒教授和復旦大學材料系方曉生教授在《Chemical Engineering Journal》期刊上發表了題為「Template-Confined Growth of Copper Halides Micro-Wire Arrays for Highly Polarization-Sensitive Deep-Ultraviolet Photodetectors with a Polarization Sensitivity of 4.45」的文章（DOI: 10.1016/j.cej.2022.138531）。該團隊利用微通道限制結晶策略成功製備出高結晶質量、均勻排列的Cs3Cu2I5微米線陣列，利用Cs3Cu2I5微米線固有的深紫外光吸收、低對稱晶體結構和形貌各向異性的優勢實現了具有高偏振比的深紫外光電探測器。由於該材料的高結晶度和良好的載流子傳輸能力，光電探測器表現出~23.6 A/W的高響應度。基於Cs3Cu2I5微米線的非對稱結構的固有各向異性和外部形貌各向異性，光電探測器實現了4.45的高偏振靈敏度。最後，將該器件作為點狀傳感像素，獲得了高分辨率偏振成像圖案。這項工作證明了Cs3Cu2I5作為深紫外偏振光電探測器的潛力，為開發深紫外偏振成像技術提供了新思路。

圖1（a）Cs3Cu2I5微米線陣列的製備步驟；（b）掃描圖像和相應的能譜元素映射圖；（c）單根微米線的放大掃描圖；（d）原子力顯微鏡照片及微米線高度分布。

圖2（a）Cs3Cu2I5微米線的透射電子顯微鏡照片，右圖為高分辨率TEM圖和相應的選區電子衍射圖；（b）X射線衍射分析；（c）Cs3Cu2I5的晶體結構示意圖；（d）Cs3Cu2I5微米線陣列的吸收光譜和熒光（PL）光譜；（e）偏振PL測試示意圖；（f）PL強度隨偏振角度變化曲線。

圖3（a）光電探測器示意圖；（b）器件的響應譜；（c）不同光強下光電探測器的電流−電壓曲線；（d）光電流隨光強度變化曲線；（e）周期性開關光照下器件的光電流響應曲線；（f）響應度和外量子效率對光強度的依賴性；（g）由266 nm 脈衝激光激發的器件的瞬態光響應；（h）未封裝器件在空氣環境下不同存儲時間（相對濕度 = 55%）的響應度變化曲線；（i）在空氣中暴露40天後的光電流比較。

圖4（a）偏振測試系統示意圖；（b）通過二維顏色圖描繪的光電流的各向異性；（c）器件在不同偏振光下的光電流響應；（d）不同低維材料光電探測器的偏振靈敏度比較；（e）不同寬度Cs3Cu2I5微米線陣列的光電流隨偏振角變化曲線。

圖 5（a）成像裝置示意圖；偏振角分別為（b）0°和（c）90°的紫外成像結果。

鄭州大學物理學院李營博士為該論文的第一作者，通訊作者為鄭州大學物理學院的史志鋒教授和復旦大學材料系的方曉生教授。

掃二維碼｜關注我們

微信號 :Chem-MSE