研究论文

7 一种简易高效的半导体薄膜载流子寿命表征方法

少数载流子寿命τ是半导体器件的一个基本参数，代表过量少数载流子发生复合所需的平均时间。该特性直接影响载流子的动力学过程及器件的整体效率，对理解和优化半导体材料的性能至关重要。本研究通过热蒸发沉积技术制备了PbS薄膜，并进一步表征了其结构、光学特性及载流子寿命τ。特别地，采用自制实验装置对PbS薄膜中载流子的寿命（τ）进行了表征。实验通过中频旋转光源的闪光灯照射PbS薄膜进行测量。自制装置测得的τ值与高成本的光致发光表征结果高度吻合。因此，该自制装置为半导体器件载流子寿命的测定提供了一种新的有效工具。

图1. (a) 前向偏置稳态条件下n⁺-p-p⁺二极管示意图，用于建立COCVD的理论背景；(b) 具有代表性的理论OCVD曲线，可以根据不同的注入水平区分三个不同的区域，即高水平1区、中等水平2区和低水平3区。

该文章以题为“A simple and effective carrier lifetime characterization for semiconductor thin films”发表在Journal of Semiconductors上。

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A simple and effective carrier lifetime characterization for semiconductor thin films

Bao Quy Le, Tuan Nguyen Van, Dat Tran Quang, Vi Le Dinh, Thin Pham Van, Nguyen Cuc Thi Kim

J. Semicond.  2025, 46(7), 072101 doi: 10.1088/1674-4926/24090005

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8 手性卤化物钙钛矿的宽带发光和手性非线性光学特性研究

有机-无机杂化卤化物钙钛矿因其具有灵活可调的化学组分和电子结构以及优异的光电性能而成为一种极具应用潜力的半导体光电材料。近年来，研究表明引入手性分子可制备出手性钙钛矿半导体，其展现出新奇的手性光电特性，例如圆二色性、圆偏振发光和自旋霍尔效应等。同时，手性的引入诱导钙钛矿无机亚晶格发生晶格畸变，使其呈现出非中心对称晶格结构，从而产生优异的非线性光学性质。因此，手性卤化物钙钛矿在圆偏振发光器件、自旋光电子器件和非线性光学器件等领域展现出广阔的应用前景。

近日，东南大学赵伟杰课题组通过将手性有机配体引入到卤化物钙钛矿中，合成了一种新型的二维层状手性钙钛矿晶体(R/S-3BrMBA)₂PbBr₄，并对其光致发光、圆二色性和手性非线性光学等物理性质进行了系统地研究。结果表明，所制备的手性钙钛矿具备优异的手性光吸收特性，并能够发射“冷”白光(380 nm-780 nm)；通过变功率的光致发光光谱揭示了其发光性质受到激子-声子强耦合效应的影响，即其宽带白光荧光来源于自由激子和自陷态激子。同时，研究发现该类手性钙钛矿具有优异的二阶非线性光学特性，并且通过圆偏振依赖的二次谐波产生光谱揭示了手性钙钛矿的二阶各向异性和二次谐波产生光谱的手性光学性质。这些现象表明手性卤化物钙钛矿为发展新型非线性光学器件提供了一个理想的材料体系。

图1. 手性钙钛矿(R/S-3BrMBA)₂PbBr₄的（a）光吸收谱；（b）圆二色性谱；（c）宽带荧光光谱和（d）发光色度坐标图。

图2. 手性钙钛矿(S-3BrMBA)₂PbBr₄在不同激发光波长（a）、激发功率（b）下的二次谐波产生光谱，及其强度的功率依赖特性曲线（c）；其二次谐波产生光谱的线偏振依赖特性（d）、圆偏振依赖特性（e）及其强度相关的极坐标图（f）。

该文章以题为“Broadband photoluminescence and nonlinear chiroptical properties in chiral 2D halide perovskites”发表在Journal of Semiconductors上。

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Broadband photoluminescence and nonlinear chiroptical properties in chiral 2D halide perovskites

Dezhong Hu, Zhen Zhang, Kaixuan Zhang, Qian He, Weijie Zhao

J. Semicond. 2025, 46(7), 072102 doi: 10.1088/1674-4926/24110034

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9 大尺寸Co²⁺: ZnGa₂O₄单晶生长与光学性质研究

随着1.5 μm波段人眼安全脉冲激光在激光雷达、医疗诊断、光通信等领域的广泛应用，基于可饱和吸收体的被动调Q技术成为实现短脉冲激光输出的重要手段。其中，过渡金属离子掺杂材料因具有宽吸收带、短恢复时间等特性，成为理想的可饱和吸收体候选。特别是Co²⁺离子在四面体配位环境下，在可见至近红外区域产生强烈吸收，尤其适用于1.5 μm波段的被动调Q激光器。ZnGa₂O₄作为一种超宽带隙半导体材料，具有优异的化学稳定性、高抗辐照能力和可调控发光特性，近年来在光电器件、荧光粉和场发射器件等领域受到广泛关注。但现阶段大尺寸、高光学质量的Co²⁺: ZnGa₂O₄单晶材料的缺乏，严重制约了Co²⁺: ZnGa₂O₄材料在固体激光器中的实际应用。

近日，山东大学穆文祥教授课题组通过垂直梯度凝固法成功生长出高质量的Co²⁺掺杂ZnGa₂O₄单晶，并研究了生长的Co²⁺掺杂ZnGa₂O₄单晶的结构和光学特性。XRD分析表明，Co²⁺掺杂ZnGa₂O₄晶体的特征衍射峰均符合立方尖晶石结构，峰位无明显移位，（111）取向晶圆的摇摆曲线半峰宽（FWHM）仅为58弧秒，证明了获得的Co²⁺掺杂ZnGa₂O₄单晶的优异质量。光学吸收光谱显示Co²⁺掺杂ZnGa₂O₄单晶在可见光与近红外光谱均显示出与四面体Co²⁺相关的独特吸收带，根据吸收光谱计算得出，Co²⁺掺杂ZnGa₂O₄单晶在近红外区域的最佳基态吸收截面可达到3.07 × 10⁻¹⁹ cm²。

该工作表明Co²⁺掺杂ZnGa₂O₄单晶具有良好的可饱和吸收特性，是1.5 μm波段人眼安全脉冲激光器的理想候选材料。

图1. (a) 用于光学测试的掺杂Co²⁺的ZnGa₂O₄晶片；(b) Co²⁺掺杂ZnGa₂O₄晶体带隙宽度；(c) 在可见光区测得Co²⁺掺杂ZnGa₂O₄晶体的吸收光谱；(d) Co²⁺掺杂ZnGa₂O₄晶体在近红外区域的吸收光谱。

该文章以题为“Growth and optical properties of large-sized Co²⁺: ZnGa₂O₄ single crystal”发表在Journal of Semiconductors上。

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Growth and optical properties of large-sized Co²⁺: ZnGa₂O₄ single crystal

Zhengyuan Li, Jiaqi Wei, Yiyuan Liu, Huihui Li, Yang Li, Zhitai Jia, Xutang Tao, Wenxiang Mu

J. Semicond. 2025, 46(7), 072501 doi: 10.1088/1674-4926/25010017

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10 p-Si/n-SnO₂异质结的简易构建的高性能自供能紫外光探测器

紫外光电探测器是用于探测和测量紫外光子的重要器件，在环境和生化传感、火灾预警、医学成像和光通信等领域有着广泛的应用。通常，根据工作原理，紫外光电探测器可分为两大类：一类是没有内建电场的，另一类是具有内建电场的。第一类没有内建电场的紫外光电探测器遵循光电导机制，被称为光电导体。这类紫外光电探测器通常需要外部电源，如电池或交流电，这会导致运行成本上升；并且由于对电源的依赖、成本问题以及系统设计的复杂性增加，使得系统复杂性提高。因此，研究人员提出使用通过光伏效应工作的自供能紫外光电探测器，其属于具有内建电场的一类。这类紫外光电探测器在吸收紫外辐射时会产生电流，无需外部电源。对于被用于制作自供能紫外光电探测器的多种宽带隙半导体而言，带隙为3.6 eV的SnO₂，因其优异的性能成为极具潜力的候选材料。有多篇文献曾报道，基于不同材料与SnO₂形成异质结的自供能紫外光电探测器，其响应速度、稳定性等都获得了显著提升。然而，这些研究大多需要额外的生长步骤来获得异质结，增加了工艺复杂性和成本，使其广泛应用的可行性降低。

近日，湖北民族大学刘辉博士课题组通过将p型硅片与n型SnO₂微带进行集成，实现了自供能紫外光电探测器的简单有效的制备方法。他们在该工作中，提出了一种简便、经济的方法，用于制备基于p-Si/n-SnO₂异质结的自供电紫外光电探测器（UV PD）。该自供电器件通过将p型硅（p-Si）基底与n型二氧化锡（SnO₂）微米带简单集成即可实现。该SnO₂微米带通过化学气相沉积（CVD）法合成，具有高质量特性，其带状结构有利于n型 SnO₂与p型硅之间形成良好接触。两者界面处产生的内建电场赋予器件自供电特性。因此在零偏压下，此p-Si/n-SnO₂异质结光电探测器展现出优异的性能：响应度高达0.12 mA/W，明暗电流比大于10³，并具有快速响应速度。该方法为开发低成本、高性能的自供电紫外光电探测器提供了一条实用途径。

图1.（a）单个SnO₂微带和基于p-Si/n-SnO₂的紫外光探测器的光照面积。（b）在暗态以及室温条件下暴露于500 nm和300 nm紫外光时的I-V曲线。（c）300 nm、3 V条件下的I-t曲线。（d）瞬态光响应。（e）3 V偏压下250至500 nm的光谱响应。

图2.（a）300 nm、0 V条件下的I-t曲线；（b）0 V偏压下250 nm至700 nm的光谱响应（插图：p-Si/n-SnO₂异质结器件的一种合理响应机制）。

该文章以题为“Facile construction of p-Si/n-SnO₂ junction towards high performance self-powered UV photodetector”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Facile construction of p-Si/n-SnO₂ junction towards high performance self-powered UV photodetector

Xingyu Li, Li Tian, Jinshou Wang, Hui Liu

J. Semicond. 2025, 46(7), 072701 doi: 10.1088/1674-4926/24090048

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