压电光电子学和热释电光电子学增强的宽谱光响应

1 研究背景

第三代半导体材料（如氧化锌、氮化镓和锑化镉）的压电性和热释电性使其有别于传统半导体，并产生了两种新的效应：压电光电子学效应和热释电光电子学效应。压电光电子学效应是利用异质界面处的压电电荷来调节光电过程中的电子-空穴分离、输运或复合过程；在入射光的间歇照射下，局部的温度改变会导致热释电效应的产生，同样可以改变界面处的能带结构，从而形成热释电光电子学效应。这两种效应通过应变或温度的改变，可以直接调制界面处的能带结构，已被证实能显著改善光电器件的各方面性能，尤其是在宽谱光响应方面具有长足的优势。

2 文章概述

近日，中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士联合中山大学戴叶婧/李斌教授团队基于其在该领域长期的工作，对压电光电子学和热释电光电子学增强的宽谱光响应进行了全面综述，系统介绍了这两种效应的物理机制，全面总结了压电光电子学和热释电光电子学增强的宽谱光响应方面的最新进展，以及压电光电子学和热释电光电子学在宽谱光电探测器中的应用及与其他效应的协同作用；最后，对这两种效应的未来前景、机遇和挑战进行了展望。

该工作以“Piezo-phototronic and pyro-phototronic effects enhanced broadband photosensing”为题发表在材料领域国际顶级期刊《Materials Today》上，王中林院士与戴叶婧教授为共同通讯作者。该研究工作得到了国家高层次人才特殊支持计划、国家重点研发计划、广东省杰出青年基金等项目的资助。

3 图文导读

近年来，压电光电子学效应和热释电光电子学效应在太阳能电池、发光二极管 (LED)、光催化，尤其是光电探测器中发挥了重要作用。尽管目前对光电探测器的需求日益增长，但要实现高灵敏度、快速响应和良好稳定性的宽谱光响应仍然非常困难，而这对于光通信、现代多光谱检测和环境监测来说十分关键。压电光电子学和热释电光电子学效应通过应变或温度变化直接调制界面处的能带结构，可有效解决上述问题。本文全面系统地回顾了压电光电子学和热释电光电子学效应增强的各种结构器件在宽谱光响应方面的最新研究成果，总结并讨论了热释电光电子学效应与其他效应的协同作用。本文在全面综述的基础上，阐明了对压电光电子学效应和热释电光电子学效应相关概念、理论与应用的理解，并对其进一步的发展与挑战提出了思考与建议。

图1 压电光电子学效应和热释电光电子学效应增强的宽谱光响应示意图以及不同的器件结构。

图2 压电势（热释电势）在界面处对金半接触和p-n结的能带调控示意图。

图3 压电光电子学和热释电光电子学效应的未来机遇与挑战。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702123002183

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