高性能纳米光电探测器的精准制造是实现高集成度光电器件的核心之一。一维核壳纳米结构除了高比表面和量子限域效应等带来的奇特物理性能外，还可通过径向组分和能带的灵活配置，构建径向分布的异质结构，实现特定的载流子传输，形成新型纳米光电探测器，从而在人形感知、光电通信、跟踪制导、探测成像等方面发挥巨大作用。但如何构建表面光滑、界面清晰的径向异质结同时具有高的光响应能力仍然是一个基础性科学难题。在课题组前期工作中利用经典的磁控溅射技术在ZnO纳米阵列表面即可制备厚度均匀、界面陡峭的核壳结构。同时，表面等离激元可突破衍射极限，在亚波长尺度上操纵光，是实现半导体器件中光响应增强的有效工具。

本工作采用紫外纳米压印技术和经典的射频磁控溅射技术，精确构建n-GaN/p-ZnTe核/壳纳米柱径向异质结，并实现自驱动式紫外/可见光电探测器。该纳米器件在0 V偏压下表现出高达10⁴的光暗电流比，表明其有效的载流子分离能力。更进一步地，通过在壳层表面修饰Au NPs，成功将表面等离激元效应和光伏效应相耦合，显著提升器件的光响应能力。在325 nm紫外光照下，响应度和探测率从3.85 mA/W提高到148.83 mA/W, 4.45×10¹¹ Jones提高到2.33×10¹² Jones。而在520nm可见光照下，0 V偏压下的上升和下降时间分别缩短了1.3倍和6.8倍。最后，PL、TRPL、XPS结果表明，高的光电流增益来源于Au纳米粒子中振荡的高能热电子自发注入ZnTe导带并参与光探测过程。本工作为构建基于核壳径向异质结的表面等离激元增强的自驱动式高性能光电探测器提供了一条途径，也为设计新型高性能纳米器件提供了一种有效的策略。

图1 Au纳米粒子修饰的GaN/ZnTe核壳纳米柱阵列光电探测器制备流程

图2 GaN/ZnTe/Au纳米粒子核壳结构的SEM和TEM表征

图3 GaN/ZnTe/Au纳米粒子混合结构器件的光响应特性

图4不同样品的TRPL和XPS数据分析

图5样品能带结构

徐春祥教授课题组长期致力于纳米光电功能材料与器件及其在生物医学传感等方面的应用研究。特别是在半导体微纳米结构制备表征与受激辐射、新型微腔激光、表面等离激元调控与光学增强、生物传感等方面开展一系列创新性研究工作。

课题组网站：https://bme.seu.edu.cn/xuchunxiang/main.htm

Dong J, Zhang D, Ma Y, et al. Plasmon-enhanced self-powered GaN/ZnTe core/shell nanopillar array photodetector. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6477-9.