西安交大科研人员 在压电效应调制光电二极管性能研究方面取得新进展

压电光电子学效应是一种压电效应、半导体特性与光电特性三者相互耦合的新效应。近年来,压电光电子学效应广泛应用于各类半导体光电器件的性能调制,包括太阳能电池、发光二极管、光电二极管和光探测器等。然而,关于压电光电子学效应在不同器件结构和材料体系的半导体光电器件中的调制作用机制研究还鲜见报道。更重要的是,压电光电子学效应不仅会产生使器件性能增强的作用,还可能会产生使器件性能削弱的作用,这极大地限制了压电光电子学效应能够达到的器件性能增强的最大幅度。

近日,在西安交通大学电信学院微电子学院贺永宁教授和青年教师彭文博的指导下,博士生潘子健和李芳沛等研究成员以异型和同型异质结光电二极管为研究对象,通过对比压电光电子学效应在两种异质结光电二极管器件中的性能调制作用,系统地研究了不同器件结构对压电光电子学效应的影响。研究结果表明,压电光电子学效应能使p-n异型异质结光电二极管器件的性能增强约150%,而仅能使n-n同型异质结光电二极管器件的性能增强约55%。通过系统地分析压电电荷对两种器件能带结构的调制作用,发现压电光电子学效应在p-n异型异质结光电二极管器件中引入了两种增强器件性能的正效应,而其在n-n同型异质结光电二极管器件中不仅引入了一种增强器件性能的正效应,还引入了两种削弱器件性能的负效应,因此压电光电子学效应对前者的性能增强作用更显著。此外,有限元仿真结果表明压电光电子学效应对p-p同型异质结光电二极管器件性能的调制作用与其对n-n同型异质结光电二极管器件性能的调制作用类似。这项研究成果不仅表明了器件结构对压电光电子学效应的调制作用有着非常重要的影响,也提出了一个非常关键的问题,即如何通过优化器件结构使得压电光电子学效应能够在引入尽可能多的正效应的同时,尽量避免负效应的引入,实现压电光电子学效应调制作用的最优化。

该研究成果以“Piezo-Phototronic Effect on Performance Enhancement of Anisotype and Isotype Heterojunction Photodiodes”为题,发表在材料科学领域国际顶级期刊 Advanced Functional Materials(IF=12.12)上。西安交大电信学院微电子学院为该论文的唯一单位。

该工作得到了国家自然科学基金青年项目、中国博士后科学基金面上项目等经费的支持。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201706897

【延伸阅读】

近几年,彭文博博士在新型低维压电半导体材料与器件研究方面取得了一系列研究进展,多项重要研究成果发表于Advanced Materials,Advanced Functional Materials,Nano Letters,ACS Nano,Nano Energy等国际顶级期刊,为后续的研究工作奠定了重要基础。

彭文博个人主页:http://wpeng33.gr.xjtu.edu.cn