高性能Zn掺杂CuI紫外光晶体管：突破性响应率与探测率的解决方案

针对CuI基紫外探测器因本征高空穴浓度导致高暗电流、低信噪比的问题，研究人员通过低温溶液法制备Zn掺杂CuI薄膜并构建光晶体管，实现了1.9×103 A/W超高响应率、2.8×1014 Jones探测率及6.4×105 %外量子效率，为低成本大面积紫外探测系统提供新策略。

　　

紫外探测技术在航空航天、环境监测等领域具有重要应用，但现有硅基器件因窄带隙需额外滤光片，而Ga₂
O₃
等宽禁带半导体又面临高成本制备难题。铜碘化物(CuI)虽具备3.1 eV带隙和溶液加工优势，但其本征高空穴浓度导致暗电流过高，严重制约探测性能。如何通过材料改性结合器件结构创新实现高性能紫外探测，成为领域内亟待突破的瓶颈。

为解决这一挑战，国内研究人员在《Materials Today Electronics》发表研究，通过低温溶液法制备5 mol% Zn掺杂CuI薄膜，构建了栅压可调的光晶体管。该工作创新性利用Zn_Cu
+V_Cu
缺陷对抑制铜空位形成，结合APTES处理的SiO₂
介电层优化，成功将器件性能提升至行业新高度。研究采用XRD、XPS、AFM等技术表征材料特性，通过Agilent 2902A系统测试电学性能，并建立光功率密度与响应参数的定量关系模型。

3. Results and discussion
材料特性：Zn掺杂CuI薄膜呈现γ相(111)择优取向，表面粗糙度仅1.2 nm，XPS证实Zn²⁺
成功掺杂且Cu均为+1价态，PL光谱显示3.00 eV直接带隙，与光学带隙测试结果一致。
器件性能：光晶体管在V_G
=-60 V时获得1.9×10³
A/W响应率，V_G
=52 V时探测率达2.8×10¹⁴
Jones，EQE突破6.4×10⁵
%，均创CuI基探测器纪录。动态响应显示上升/下降时间为0.4 s/2.4 s，归因于多晶材料的持续光电导效应。
机制分析：栅压调控实现光电流与暗电流的精准平衡——负栅压增强空穴传输提升响应率，正栅压抑制暗电流优化探测率。光电流与功率密度呈I_P
～P^0.5
关系，揭示缺陷辅助的载流子复合机制。

该研究通过Zn掺杂与晶体管结构的协同创新，首次将CuI基紫外探测器性能提升至实用化水平。相比传统二端器件，三端结构通过栅压增益效应实现响应率数量级突破，同时5 mol% Zn掺杂将空穴浓度降低2个数量级。尽管响应速度有待优化，但该工作为柔性、大面积紫外探测系统开发提供了新材料范式，其低温溶液工艺更兼容卷对卷制造，具有显著的产业化应用前景。研究团队建议未来可通过双栅结构设计和结晶度提升进一步改善响应特性。