一維晶體結(jié)構(gòu)材料由于其強(qiáng)的各向異性而引起了廣泛的關(guān)注。BaTiS3是一種準(zhǔn)1D硫系鈣鈦礦，由于其巨大的光學(xué)各向異性，在偏振探測(cè)方面具有巨大的潛力。然而，BaTiS3的光電性質(zhì)及其在偏振光探測(cè)器中的直接應(yīng)用研究較少。


近日，華中科技大學(xué)張光祖教授，陳超副教授和李康華博士（共同通訊作者）等首次將準(zhǔn)1D BaTiS3引入偏振光探測(cè)。

圖1.BaTiS3樣品的生長(zhǎng)機(jī)理。

圖2.BaTiS3樣品的結(jié)構(gòu)和形貌表征。

該研究采用改進(jìn)的化學(xué)蒸汽輸運(yùn)工藝成功制備了高質(zhì)量、厘米級(jí)的針狀BaTiS3單晶。BaTiS3單晶具有0.8eV的窄帶隙，n型本征電導(dǎo)率，以及沿c軸超過300cm2V-1s-1的遷移率。然后，制備了Ag/BaTiS3/Ag光導(dǎo)探測(cè)器。它顯示出寬的探測(cè)波長(zhǎng)，從可見光到1550nm，響應(yīng)率高達(dá)≈1.22A W-1。此外，在激勵(lì)能量為1.70eV和1.96eV時(shí)，偏振光電流具有正交反向性質(zhì)。這些綜合特性可以促進(jìn)準(zhǔn)1D BaTiS3在近紅外偏振光探測(cè)中的應(yīng)用。

圖3. BaTiS3的光學(xué)性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu)。 關(guān)于BaTiS3的未來發(fā)展方向，在制備層面上，需要實(shí)現(xiàn)可控晶面生長(zhǎng)的低溫薄膜外延技術(shù)或通過籽晶誘導(dǎo)法實(shí)現(xiàn)大尺寸單晶，以實(shí)現(xiàn)大面積器件制備與應(yīng)用；在性能層面，需要探索合適的制備工藝和有效的后處理方法以減少缺陷，進(jìn)一步抑制光電流，實(shí)現(xiàn)高性能BaTiS3紅外探測(cè)器；在應(yīng)用層面，可以探索面向CMOS集成的BaTiS3同質(zhì)結(jié)器或范德華異質(zhì)外延器件，實(shí)現(xiàn)偏振紅外探測(cè)應(yīng)用。

圖4. BaTiS3SCs光電探測(cè)器的缺陷表征及光電性能。

圖5. BaTiS3光電探測(cè)器的偏振敏感特性。

論文信息：

Strongly Anisotropic Quasi-1D BaTiS3Chalcogenide Perovskite for Near-Infrared Polarized Photodetection

(Adv. Optical Mater., 2022, DOI:10.1002/adom.202201859)

審核編輯 ：李倩