半導體p-n結(jié)二極管是構(gòu)建光電器件的基本單元之一。然而，傳統(tǒng)p-n結(jié)二極管在某種程度上受到電流整流行為的限制，這使得載流子的調(diào)控性受到影響，限制了器件的功能和應用，因此需要對其進行重新配置。為了克服這一挑戰(zhàn)，研究人員報告了一種簡便的方法，利用GaN基半導體p-n同質(zhì)結(jié)納米線陣列構(gòu)建了雙極結(jié)光電極，展示了由不同光波長控制的雙極光響應。通過理論模擬引導，在純凈納米線的基礎(chǔ)上修飾釕氧化物（RuOx）層，所得光電極的正光電流和負光電流分別提高了775%和3000%。釕氧化物層優(yōu)化了納米線表面的勢壘彎曲，有助于促進GaN/電解質(zhì)界面的電荷轉(zhuǎn)移，同時提高了氫氣和氧氣的還原氧化反應效率，從而同時優(yōu)化正負光電流。最后，他們構(gòu)建了一個雙通道光通信系統(tǒng)，利用僅需一個光電極即可解碼具有加密屬性的雙波段信號。提出的雙極性器件架構(gòu)為操縱載流子動態(tài)、開發(fā)未來傳感、通信和成像系統(tǒng)中的多功能光電子設(shè)備提供了可行途徑。

該成果發(fā)表以“Light-Induced Bipolar Photoresponse with Amplified Photocurrents in an Electrolyte-Assisted Bipolar p–n Junction” 為題，以“Frontispiece”封面插圖形式發(fā)表于Advanced Materials （Advanced Materials 2023, 35, 2300911）。中國科學技術(shù)大學方師博士為論文的第一作者，孫海定教授為論文的通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、中央高校基本科研業(yè)務費專項資金、中國科學院國際項目等多個項目的支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202300911 

論文引用：Fang Shi, Haiding Sun* et al. "Light‐Induced Bipolar Photoresponse with Amplified Photocurrents in an Electrolyte‐Assisted Bipolar p–n Junction." Advanced Materials 35, no. 28 2300911 (2023)

圖1 雙極光響應的工作原理

圖2 器件雙極光響應的表征

圖3 雙通道加密光通信應用演示

圖4： Advanced Materials以Frontispiece形式報道研究成果 

第一作者簡介：方師博士畢業(yè)于中國科學技術(shù)大學，主要研究領(lǐng)域為半導體材料與光電子器件。以第一作者在Nature Communications、Advanced Materials、Light: Science & Applications、Advanced Functional Materials、Nano Letters等期刊發(fā)表多篇論文并獲得中國科學院院長獎。

通訊作者簡介：孫海定，教授/博導，國家優(yōu)青，安徽省杰青，中科院海外高層次人才。長期致力于氮化鎵（GaN）半導體材料外延、紫外光電器件和HEMT電子器件設(shè)計與制備研究。研究成果被半導體權(quán)威雜志《Compound Semiconductor》、《Semiconductor Today》等多次封面報道10余次。目前擔任多個國際期刊如IEEE Photonics Technology Letters、半導體學報Journal of Semiconductor副主編以及CLEO/IEEE IPC等多個國際光電子領(lǐng)域會議委員。同時入選iCAX Young Scientist Award和2021年度 IAAM Young Scientist Medal等國際青年科學家獎項。以項目負責人主持國家重點研發(fā)計劃，國家自然科學基金，中科院國際合作和省部級項目等。