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近日，浙江大學材料學院葉志鎮院士團隊在鈣鈦礦異質結構方面取得重要進展，研究成果以“Epitaxial Growth of CsPbBr3 Pyramids/CdS Nanobelt Heterostructures for High-Performance Photodetectors"為題發表在國際知*學術期刊ACS Applied Materials&Interfaces (doi：10.1021/acsami.3c19282)上。徐興博士為第一作者，葉志鎮院士、何海平教授、樊超博士為共同通訊作者。
全無機鉛鹵鈣鈦礦CsPbBr3材料具有優異的光電特性，包括高遷移率、大吸收截面、適當的能帶寬度等，在光伏、光電探測等領域具有潛在的應用價值。構建半導體異質結構是實現高性能光電探測器件的有效途徑，異質界面*特的能帶結構對非平衡載流子的復合和分離具有調控作用，尤其是Type2型能帶結構有利于光生載流子分離，從而提升光電探測器件中光電子/空穴的利用率。
有鑒于此，葉志鎮團隊通過氣相外延生長構建了具有Type2型能帶結構的CdS/CsPbBr3異質結，并且通過晶格匹配限制CsPbBr3外延生長取向，實現了在CdS納米帶表面外延取向均一的CsPbBr3金字塔結構。該工作通過觀測CdS/CsPbBr3異質界面和純CsPbBr3的熒光壽命證明了CdS/CsPbBr3異質界面對光生載流子有分離作用，可以抑制輻射復合過程。此外，理論計算表明CdS納米帶/CsPbBr3金字塔結構可將入射光約束在異質界面區域。CdS/CsPbBr3異質結構的這些特性對提升光電探測性能具有重要幫助。最終，基于CdS/CsPbBr3異質結的光電探測器表現出超高的光電響應能力，包括：2.14×105開關比、4.07×104A/W響應度、1.36×1013Jones探測率等。
Type2型能帶結構的CdS/CsPbBr3異質結對光生載流子的分離作用
以上圖中可見，CdS/CsPbBr3異質結在457nm光激發下發射出強烈的綠色熒光，即帶邊激子的輻射復合發光。在異質結界面上收集的光譜（2和4）顯示了分別來自CdS和CsPbBr3的熒光峰，這也表明了高質量CdS納米帶/CsPbBr3金字塔異質結構的形成。時間分辨光譜進一步揭示了其熒光衰減過程，由于在CdS/CsPbBr3異質結界面上發生了有效的電荷提取，使得異質結的熒光壽命僅為2.61ns，明顯短于純CsPbBr3的壽命。
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本文中CdS納米帶/CsPbBr3金字塔異質結的超快時間分辨光譜測試，使用卓立漢光公司的ST-10條紋相機獲得。ST-10條紋相機時間分辨率可達到5ps，可匹配多種焦長光譜儀，快速追蹤超快發光的動力學過程。
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