基于氮化铝/石墨烯复合材料系统的高性能深紫外线探测器的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61505108
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0502.光子与光电子器件
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Ultraviolet photodetection (UP) devices are widely required in many aspects of modern society. But the traditional UP technologies severely suffer from their innate drawbacks in materials or structures. Aluminium nitride (AlN) crystal, a harsh-environment-stable semiconductor with a wide energy bandgap up to 6.1eV, is a perfect candidate for solar-blind (<280nm) deep ultraviolet photodetection applications. Nevertheless, the application of AlN in UP is hindered by its poor electrical properties, such as its low carrier mobility. To address this issue, this project proposes to use an AlN/grahene hybrid system instead of sole AlN crystal to fabricate UP devices. Graphene is a two dimensional material with super high carrier mobility and outstanding mechanical properties. Herein, graphene is supposed to play the role of carrier conductor and AlN crystals work as light absorber. In the photodetection process, AlN crystals absorb deep ultraviolet photons and generate carriers. These carriers should be injected into graphene and extracted from electrodes, generating photocurrent. Our previous research has proven the feasibility of this concept to bypass the low carrier mobility problem in light absorbing materials (AlN crystal in this project) by creating hybrid structures with high carrier mobility materials, thus realize high performance photodetection devices. Our preliminary investigation proves that the carrier injection from AlN to graphene is dynamically allowed. Here, we design several possible device configurations to attain optimum UP performance. With this concept, we expect a highly performing deep ultraviolet (<205nm) photodetection device with a record photoresponsivity beyond 2×103A/W. Moreover, we will deliberately study the generation, transport and transit processes of photo-induced carriers in the hybrid material system. The understanding of this physical mechanism will be of great significance for further research into ultraviolet optoelectronics application of AlN crystals.
深紫外探测技术在现代社会有着广泛的应用,但现有的紫外探测器产品有着各自的缺陷。氮化铝(AlN)晶体以其超宽的直接能带带隙(6.1eV)和稳定的材料性质,成为深紫外(<205 nm)光电探测器的理想材料。然而其低下的载流子迁移率,严重地阻碍AlN在紫外探测领域的应用。申请者在之前的工作中,通过将载流子从光敏材料导入具有高迁移率的材料中进行传导,实现了光电探测效率的大幅提高。有鉴于此,本项目计划以AlN晶体为深紫外光敏材料,利用其宽能带带隙特性,同时,以石墨烯为载流子传导材料,利用其超高载流子迁移率,构建基于AlN/石墨烯复合材料的高性能深紫外光电探测器,力图实现在该光波段大于2000 A/W的创记录的光电响应度。在此基础上,通过对该复合材料系统在紫外辐射下光生载流子的产生、传输与输运过程的研究与理解,为进一步拓展AlN晶体在紫外光电器件领域的应用做实验和理论积累。

结项摘要

本项目主要研究了石墨烯与氮化铝单晶在光电晶体管中的应用。首先就氮化铝单晶的物性特征与光电特性开展了工作。使用PVT方法生长出毫米级大尺寸的AlN单晶,对AlN单晶的结构与发光性能进行了表征,结果显示除了该AlN单晶的发光光谱除了包括在210nm的带边发光,还有300-1000nm的宽光谱发光。通过对AlN晶体的结构与成分分析,这些发光被归结为带间杂质能级发光。进一步的通过光谱分析定位了杂质能级的能带位置。利用AlN单晶作为发光芯片制备了基于单一材料的显色指数大于90的白光光源。显示出该材料在宽光谱白光发光方面具有较好的应用潜力。此外,本项目还使用AlN单晶制备了双极型光电探测器。由于AlN单晶的超宽能带带隙,使其有较大的能带空间容纳较多的中间能级。因此该光电探测器件表现出深紫外-可见-近红外区域的宽光谱光电响应。其光电探测度在360nm的近紫外区域达3.7 A/W。在此基础上结合单层石墨烯材料,制备了基于AlN/石墨烯复合材料体系的光电晶体管探测器,利用石墨烯的超高载流子迁移率,实现了较大的内增益,光电探测度在261nm的深紫外区域达5300 A/W。通过本项目的研究,说明AlN晶体具有良好的光电性能,在发光与光电探测领域都有着巨大的应用潜力。.此外,为进一步提高光电晶体管的性能,制备了基于石墨烯的复合材料系统的光电探测器,通过引入金纳米颗粒,利用金纳米颗粒的表面等离子光场增强效应,实现了探测器光电性能的两倍的提升,并且提高了光电响应速度。该研究具有广泛适用性,对提高光电探测器的性能具有指导性意义。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
A Tunneling Dielectric Layer Free Floating Gate Nonvolatile Memory Employing Type-I Core/shell Quantum Dots as Discrete Charge-Trapping/Tunneling Centers
采用 I 型核/壳量子点作为离散电荷捕获/隧道中心的隧道介电层自由浮栅非易失性存储器
  • DOI:
    10.1002/smll.201804156
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Small
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Yan Chengyuan;Wen Jiamin;Lin Peng;Sun Zhenhua
  • 通讯作者:
    Sun Zhenhua
Defects induced broad spectral photoresponse of PVT-grown bulk AlN crystals
PVT 生长的块状 AlN 晶体的缺陷引起的广谱光响应
  • DOI:
    10.1016/j.scriptamat.2018.05.017
  • 发表时间:
    2018-09-01
  • 期刊:
    SCRIPTA MATERIALIA
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Liu, Ge;Yan, Chengyuan;Sun, Zhenhua
  • 通讯作者:
    Sun, Zhenhua
Broadband White-Light Emission from Alumina Nitride Bulk Single Crystals
氮化氧化铝块状单晶的宽带白光发射
  • DOI:
    10.1021/acsphotonics.8b00601
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
    ACS Photonics
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Liu Ge;Yan Chengyuan;Zhou Guigang;Wen Jiamin;Qin Zuoyan;Zhou Qin;Li Baikui;Zheng Ruisheng;Wu Honglei;Sun Zhenhua
  • 通讯作者:
    Sun Zhenhua
Plasmonic-enhanced perovskite-graphene hybrid photodetectors
等离子体增强钙钛矿-石墨烯混合光电探测器
  • DOI:
    10.1039/c5nr08677a
  • 发表时间:
    2016-01-01
  • 期刊:
    NANOSCALE
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Sun, Zhenhua;Aigouy, Lionel;Chen, Zhuoying
  • 通讯作者:
    Chen, Zhuoying

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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    张志明;罗亲普;王文礼;尹梅;孙振华;欧晓昆;柳小康
  • 通讯作者:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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