在β-Bi2SeO5/Bi2O2Se异质结构中应用缺陷工程以实现高分辨率光敏晶体管阵列

《Advanced Materials》：Defect Engineering in β-Bi2SeO5/Bi2O2Se Heterostructures for High-Resolution Phototransistor Arrays

构建β-Bi2SeO5/Bi2O2Se异质结通过缺陷工程和界面优化，显著提升光电性能，并成功制备高分辨率光探测器阵列。

　　

摘要

类似于现代电子学中关键的SiO₂/Si结，β-Bi₂SeO₅/Bi₂O₂Se结构已被证明可以提升电子设备的性能。然而，它改善Bi₂O₂Se光电特性的潜力（如响应度和灵敏度）尚未得到充分探索。Bi₂O₂Se的光电性能主要受其表面固有硒空位的限制，这导致光电流低且不稳定。为了解决这个问题，研究人员采用了一种基于紫外光辅助氧化技术的缺陷工程方法，制备出了具有原子级锐利界面的β-Bi₂SeO₅/Bi₂O₂Se异质结。该异质结构成功抑制了表面空位，同时实现了双重功能：表面钝化和光活性电荷分离，从而显著提升了光电性能。第一性原理计算证实了该异质结具有稳定的II型能带对齐，以及有效的载流子解离机制。β-Bi₂SeO₅在可见光到近红外波段的透明性以及较高的介电常数（k值），使其适用于顶栅光电器件，并可实现动态可调的光响应。实验结果表明，其响应度（1.2 × 10⁴ A W^?1）、灵敏度（1.5 × 10¹³ Jones）和开/关比（2.3 × 10⁶）均得到了显著提升。此外，通过热扫描探针光刻技术，制备出了高分辨率（像素间距=6.5 μm）的β-Bi₂SeO₅/Bi₂O₂Se光敏器件阵列，并验证了其成像能力。这些成果表明，这种缺陷工程策略能够实现β-Bi₂SeO₅的大面积原位生长和高分辨率器件图案化，使其成为先进光电设备的有前景的光响应平台。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究的支持数据可在本文的补充材料中找到。