半導(dǎo)體p-n結(jié)二極管是構(gòu)建光電器件的基本單元之一。然而，傳統(tǒng)p-n結(jié)二極管在某種程度上受到電流整流行為的限制，這使得載流子的調(diào)控性受到影響，限制了器件的功能和應(yīng)用，因此需要對(duì)其進(jìn)行重新配置。

為了克服這一挑戰(zhàn)，研究人員報(bào)告了一種簡(jiǎn)便的方法，利用GaN基半導(dǎo)體p-n同質(zhì)結(jié)納米線陣列構(gòu)建了雙極結(jié)光電極，展示了由不同光波長(zhǎng)控制的雙極光響應(yīng)。通過(guò)理論模擬引導(dǎo)，在純凈納米線的基礎(chǔ)上修飾釕氧化物（RuOx）層，所得光電極的正光電流和負(fù)光電流分別提高了775%和3000%。釕氧化物層優(yōu)化了納米線表面的勢(shì)壘彎曲，有助于促進(jìn)GaN/電解質(zhì)界面的電荷轉(zhuǎn)移，同時(shí)提高了氫氣和氧氣的還原氧化反應(yīng)效率，從而同時(shí)優(yōu)化正負(fù)光電流。最后，他們構(gòu)建了一個(gè)雙通道光通信系統(tǒng)，利用僅需一個(gè)光電極即可解碼具有加密屬性的雙波段信號(hào)。提出的雙極性器件架構(gòu)為操縱載流子動(dòng)態(tài)、開(kāi)發(fā)未來(lái)傳感、通信和成像系統(tǒng)中的多功能光電子設(shè)備提供了可行途徑。

該成果發(fā)表以“Light-Induced Bipolar Photoresponse with Amplified Photocurrents in an Electrolyte-Assisted Bipolar p–n Junction”為題，以“Frontispiece”封面插圖形式發(fā)表于Advanced Materials （Advanced Materials 2023,35, 2300911）。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)方師博士為論文的第一作者，孫海定教授為論文的通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際項(xiàng)目等多個(gè)項(xiàng)目的支持。

圖1 雙極光響應(yīng)的工作原理

圖2 器件雙極光響應(yīng)的表征

圖3 雙通道加密光通信應(yīng)用演示

第一作者簡(jiǎn)介：方師博士畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，主要研究領(lǐng)域?yàn)榘雽?dǎo)體材料與光電子器件。以第一作者在Nature Communications、Advanced Materials、Light: Science & Applications、Advanced Functional Materials、Nano Letters等期刊發(fā)表多篇論文并獲得中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)獎(jiǎng)。

審核編輯：劉清