基于PbZr_0.52Ti_0.48O₃铁电薄膜的高性能自驱动紫外光电探测器 增强出版

基于PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 铁电薄膜的高性能自驱动紫外光电探测器 High-performance Self-powered Ultraviolet Photodetectors Based on Ferroelectric PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 Thin Films 1 first-author 叶昊熙（2001-），男，广东清远人，在读本科生，主要从事光电探测及光学成像方面的研究。E-mail： 1325297857@qq.com http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=43299922&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=43299928&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=43299910&type= 24.89200020 29.88733101 叶昊熙 （2001-），男，广东清远人，在读本科生，主要从事光电探测及光学成像方面的研究。E-mail： 1325297857@qq.com 1325297857@qq.com 1 1 1 2 corresp E-mail： caijing@fosu.edu.cn E-mail： caijing@fosu.edu.cn 蔡静（1987-），女，湖南郴州人，硕士，实验师，2013年于暨南大学获得硕士学位，主要从事光电探测及光学成像方面的研究。E-mail： caijing@fosu.edu.cn http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=43299934&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=43299973&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=43299941&type= 24.89202881 29.88732910 蔡静 （1987-），女，湖南郴州人，硕士，实验师，2013年于暨南大学获得硕士学位，主要从事光电探测及光学成像方面的研究。E-mail： caijing@fosu.edu.cn caijing@fosu.edu.cn 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院， 广东 佛山　528000 佛山科学技术学院 物理与光电工程学院， 广东 佛山　528000 School of Physics and Optoelectronic Engineering， Foshan University， Foshan 528000， China School of Physics and Optoelectronic Engineering， Foshan University， Foshan 528000， China 佛山科学技术学院 粤港澳智能微纳光电技术联合实验室， 广东 佛山　528000 佛山科学技术学院 粤港澳智能微纳光电技术联合实验室， 广东 佛山　528000 Guangdong-Hong Kong-Macao Joint Laboratory for Intelligent Micro-Nano Optoelectronic Technology， Foshan University， Foshan 528000， China Guangdong-Hong Kong-Macao Joint Laboratory for Intelligent Micro-Nano Optoelectronic Technology， Foshan University， Foshan 528000， China 光电探测器在成像、通信、医疗、环境监测、生物传感等领域具有重要的应用，近年来备受研究人员的关注。采用铁电薄膜材料作为光吸收层，利用铁电极化场驱动载流子定向运动，可以大幅度简化探测器的器件结构，降低探测器的制备成本。本文采用溶胶⁃凝胶方法在掺氟二氧化锡（FTO）衬底上制备了PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 （PZT）铁电薄膜，并在此基础上获得了高效的自驱动紫外光探测结果。形貌、结构、电学、铁电特性测试结果显示PZT铁电薄膜表面平整、致密、缺陷浓度低、铁电特性优异（室温下，剩余极化为2 P r = 35.2 μC/cm 2 ，矫顽电场为 ~ 10 5 V/cm量级）。进一步构建了性能优异的Au/PZT/FTO结构自驱动光电探测器。在0 V偏压下，探测器的光响应度和比探测率分别为0.072 A/W和4.35 × 10 11 Jones，光探测性能优于已报道的同类型器件的结果。本文研究结果证实了PZT铁电薄膜基自驱动紫外光电探测器的优越性，并为将来研制器件结构简单、性能优异的自驱动光电探测器提供了一定的借鉴。 In recent years， photodetectors have been an important research subject due to their potential applications in imaging， communication， medical analysis， environmental monitoring， and biological sensing. Employing the ferroelectric materials featured with typical ferroelectric polarization as absorbers will simplify the device structure and lower the cost. In the current work， self-powered ultraviolet photodetectors have been fabricated based on ferroelectric PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 （PZT） thin films. The ferroelectric PZT thin films were prepared using a sol-gel method. Morphological， structural， electrical， and ferroelectric characterizations showed that the as-grown ferroelectric PZT thin films possessed a smooth and dense surface， low density， high remnant polarization（2 P r=35.2 μC/cm 2 ） and coercive electric field（~10 5 V/cm）. On this basis， high-performance self-powered ultraviolet photodetectors with Au/PZT/FTO structure have been fabricated. Interestingly， under the bias voltage of 0 V， the responsivity and detectivity are as high as 0.072 A/W and 4.35×10 11 Jones， respectively， which are higher than most of state-of-the-art reported results. The results shown in this paper highlight the superiorities of ferroelectric PZT-based self-powered ultraviolet photodetectors and provide a promising strategy for the development of high-performance self-powered photodetectors with simple device structures in future. 光电探测器 自驱动 紫外光探测 铁电材料 PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 photodetector self-powered ultraviolet photodetection ferroelectrics PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 1　引　　言 1 光电探测器是一种将光信号转换成电信号的光电子器件，其在成像、通信、医疗、环境监测、生物传感等领域具有重要的应用 [ 1 1 - 6 6 1-6 ] 。自驱动光电探测器是一类不需要驱动电源的器件，这类器件具有超低的背景噪声电流、高开关比、节能等优点，受到了研究人员的广泛关注 [ 7 7 - 11 11 7-11 ] 。 近年来，研究人员基于PN结或肖特基结制备出了多种自驱动光电探测器 [ 12 12 - 16 16 12-16 ] 。在上述器件中，结区内建电场驱动光生载流子（电子和空穴）定向运动，从而产生了光电流。然而，这类器件往往具有较为复杂的制备工艺，一定程度上限制了其应用。例如，在制备PN结时，必须要对半导体材料进行可控的P型和N型掺杂。另外，也有研究者提出了一种将半导体和非对称金属电极相结合的金属-半导体-金属（MSM）结构器件 [ 17 17 - 20 20 17-20 ] ，其内建电场由两个金属电极的功函数差形成。然而，探测器的性能取决于两端金属电极的功函数，这严重制约了探测器性能的提升。在上述器件中，内建电场源于半导体/半导体或半导体/金属之间的功函数差，且内建电场仅局限在厚度较薄的界面处 [ 21 21 ] 。相比之下，铁电材料具有较强的自发极化和铁电极化现象，且在电极化的作用下，在铁电薄膜的整个厚度范围内形成了强的内建电场 [ 22 22 - 24 24 22-24 ] 。同时，在外电场的作用下，铁电薄膜的电极化可以得到增强或翻转。另外，铁电材料还具有独特的体光伏效应，即器件的开路电压通常不受其禁带宽度的限制 [ 25 25 ] 。由此，近年来研究人员利用铁电材料制备出结构简单且性能优异的自驱动光电探测器。例如，Zhang等报道了Au/La掺杂锆钛酸铅（LPZT）/掺氟二氧化锡（FTO）结构的自驱动紫外光电探测器 [ 26 26 ] 。结果显示，在0 V偏压下，该器件的光响应度和比探测率分别为2.05 mA/W和5.45×10 10 Jones。另外，研究人员还利用铁酸铋（BFO）铁电材料获得了光响应度和比探测率高达6.0×10 -4 A/W和1×10 12 Jones的结果 [ 27 27 ] 。进一步地，研究结果还显示，通过适当的预极化处理可以进一步提高铁电材料自驱动光电探测器的性能 [ 27 27 - 28 28 27-28 ] 。 在众多的铁电材料（例如，BiFeO 3 、BaTiO 3 、PbZr 0.2 Ti 0.8 O 3 、PbZr 0.4 Ti 0.6 O 3 、PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 等）中，PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 （PZT）具有优异的铁电特性 [ 29 29 ] ，同时它还是宽禁带半导体材料（室温下禁带宽度约为3.5 eV），因此，PZT是制备自驱动紫外光电探测器的重要铁电材料。本文采用溶胶-凝胶（Sol-gel）方法在FTO衬底上生长了具有优异铁电特性的PZT铁电薄膜，在此基础上进一步获得了性能优异的自驱动紫外光电探测器。结果表明，PZT铁电薄膜具有优异的铁电特性，在0 V偏压下，PZT铁电薄膜基光电探测器光响应度和比探测率分别高达0.072 A/W和1.6 × 10 12 Jones，光探测性能优于目前报道的结果。 2　实　　验 1 2.1　PZT薄膜生长 2 采用Sol-gel方法生长PZT铁电薄膜，过程如下：（1）PZT溶胶的准备。首先，将16.69 g三水合乙酸铅溶于60 g乙酸中，并将其在240 ℃温度下脱水，直到其重量减至40 g，获得Pb溶胶；将3.63 g正丁醇锆、10.89 g钛酸四丁酯、64 g 2-甲氧基甲醇溶于8 g乙酸中，获得锆钛（ZT）溶胶。然后，在低速搅拌的条件下，将Pb溶胶逐渐滴加至ZT溶胶中，滴加结束后，继续搅拌。最后，将混合溶胶放置在冰箱（4 ℃）中静置7 d，最终得到透明的PZT溶胶。 （2）PZT铁电薄膜的生长。利用旋涂的方法在FTO衬底上生长PZT铁电薄膜，旋涂结束后将PZT铁电薄膜依次在200，640 ℃温度下退火。重复上述过程4次，最后获得所需的PZT铁电薄膜，实验过程如 图1 图1 （a）所示。 2.2　光电探测器制备 2 结合掩膜技术，采用热蒸发法在PZT铁电薄膜表面蒸镀圆形Au电极（直径为300 µm，厚度为10 nm），形成Au/PZT/FTO结构的光电探测器，如 图1 图1 （b）、（c）所示。 2.3　PZT铁电薄膜及光电探测器表征 2 利用扫描电子显微镜（SEM，Zeiss Sigma 300）、X射线衍射（XRD，Bruker D8 Advance， λ =0.154 06 nm）和紫外-可见光分光光度计（UV-2600）手段表征PZT铁电薄膜的形貌、结构和光学特性。利用铁电分析仪（TF Analyzer 2000）表征PZT铁电薄膜的铁电特性，其中测试频率为1 kHz（在测试前，PZT铁电薄膜经过了频率为1 kHz、幅度为15 V双极性电脉冲1 000次循环的疲劳测试）。利用自主搭建的光响应测试系统（包含氙灯、单色仪、探针台、显微镜、吉时利2401源表、半导体参数分析仪）测量光电探测器的性能。 3　结果与讨论 1 图2 图2 （a）显示的是PZT铁电薄膜的SEM图像，可以看出PZT铁电薄膜表面平整、光滑、无孔洞，且薄膜厚度均匀。由 图2 图2 （a）插图可知PZT铁电薄膜的厚度约为160 nm。 图2 图2 （b）显示的是PZT铁电薄膜的XRD测试结果。XRD峰位分别位于22.00°、31.71 °、39.23°、44.05°、46.03°、56.89°（用★表示），与PDF卡片：33-0784一致，说明制备的PZT铁电薄膜中Zr和Ti的含量分别为0.52和0.48。 图2 图2 （c）显示了PZT铁电薄膜的吸收光谱曲线，可以看出PZT铁电薄膜在325 nm处有一个强吸收峰。 图2 图2 （c）插图表示（ αhν ） 2 与光子能量（ hν ）的函数关系，由此计算得到PZT铁电薄膜的光学带隙为3.54 eV，与文献报道的结果一致 [ 30 30 - 31 31 30-31 ] 。 图2 图2 （d）显示的是PZT铁电薄膜的电滞回线和相应的伏安特性（ I⁃V ）曲线的结果。可以看出PZT铁电薄膜的漏电流非常低，这说明PZT铁电薄膜内浅能级缺陷浓度较低。同时，由电滞回线可知PZT铁电薄膜的剩余极化强度（2 P r ）和矫顽电场（ E c ）分别为35.2 μC/cm 2 和~ 10 5 V/cm量级。这些结果表明PZT铁电薄膜具有良好的铁电特性，可以用来制备稳定、性能优异的自驱动光电探测器。另外， 图2 图2 （d）所示PZT铁电薄膜的剩余极化强度和矫顽电场具有不对称性的特征，我们认为这是FTO/PZT和Au/PZT界面的不对称性造成的 [ 32 32 - 33 33 32-33 ] 。 基于上述优异铁电特性的PZT铁电薄膜，我们进一步制备了Au/PZT/FTO结构自驱动紫外光电探测器，如 图1 图1 （b）所示。其中，Au电极的厚度为10 nm，其在300~350 nm波长范围内具有较高的光学透射系数（透射率大于50%）。 图3 图3 （a）显示的是探测器在黑暗和325 nm光照条件下的 I⁃V 曲线结果。为了避免PZT铁电薄膜在 I⁃V 测试中出现极化翻转现象，在 I⁃V 测试过程中将电压范围设定为[-1 V, +1 V]。由 图3 图3 （a）可以看出，PZT铁电薄膜基光电探测器具有非常低的暗电流。具体地，在-1.0，0，1.0 V偏压下，探测器的暗电流分别仅为336，42.8，74 pA，这进一步说明了PZT铁电薄膜具有质量高、缺陷浓度低的特性。 特别地，在325 nm（光强为 ~ 180 μW/cm 2 ）光照下，探测器的电流迅速增加。如 图3 图3 （a）所示，探测器 I⁃V 曲线显示出典型的光伏效应特征，其短路电流为13.4 nA。这说明PZT铁电薄膜基光电探测器具有自驱动光探测的特性。在0 V偏压下，探测器的开关比（定义为光电流与暗电流之比）为313；而在-1.0 V偏压下，探测器的开关比为77。 图3 图3 （b）为探测器的光电流-时间曲线。从图中可以看出探测器具有明显的紫外光探测性能，其上升时间和下降时间分别为53 ms和78 ms。其中，上升时间和下降时间分别定义为光照强度发生变化时光电流从峰值的10%增加至90%和光电流从峰值的90%降低至10%所经历的时间。这个结果比PN结和肖特基结自驱动光电探测器要慢，但与其他铁电材料（如 表1 表1 ）和无机氧化物（如ZnO和Ga 2 O 3 ）光电探测器相当 [ 38 38 - 40 40 38-40 ] 。我们认为这与陷阱诱导的载流子捕获和释放有关，其中，陷阱缺陷的存在将在后续结果中讨论。 * 氧化铟锡； ** Pb 0.93 La 0.07 （Zr 1- x Ti x ） 0.9825 O 3 ； *** Pb 0.95 La 0.05 Zr 0.54 Ti 0.46 O 3 . 器件结构 上升/下降时间/s 光响应度/（A·W -1 ） 比探测率/Jones 参考文献 ITO * /BTO/ITO 0.600/0.500 ~ 10 -7 ~ 10 5 ［ 34 34 ］ ITO/BTO/Ag 0.400/1.600 ~ 10 -7 ~ 10 5 ［ 35 35 ］ ITO/BTO/Ag 0.500/0.800 ~ 10 -7 ~ 10 8 ［ 36 36 ］ Ag/BFO/ITO 10.800/0.600 6.000 × 10 -4 1 × 10 12 ［ 28 28 ］ Au/La掺杂PZT ** /FTO 0.018/0.034 2.050 × 10 -3 5.45 × 10 10 ［ 26 26 ］ ITO/NiO/La掺杂PZT *** /FTO 0.340/0.360 6.300 × 10 -4 1.29 × 10 10 ［ 37 37 ］ Au/PZT/FTO 0.115/0.178 0.072 4.35 × 10 11 本文 图4 图4 （a）是探测器在0 V偏压下其光电流与入射光强度之间的关系。可以看出，探测器光电流随着光强度的增加而增大。采用公式 <math id="M1"><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">P</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mi>A</mi><msup><mrow><mi>P</mi></mrow><mrow><mi>n</mi></mrow></msup></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=43300111&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=43300100&type= 12.53066730 4.06400013 （其中 I P 为光电流， A 为常数， P 为入射光强度， n 为功率系数） [ 41 41 ] 对光电流-光强度曲线进行拟合，得到功率系数 n 高达0.92（如 图4 图4 （a）插图所示）。这表明大部分光生载流子贡献了自驱动光电流 [ 41 41 ] ，这是由PZT铁电薄膜内较强的铁电极化场（如 图 2 图 2 （d）所示）造成的。 进一步分析 图4 图4 （a）所示的光电流-光强度曲线结果，发现探测器的上升时间和下降时间均与入射光强度有关。如 图4 图4 （b）所示，随着光强度的增加，探测器的上升时间和下降时间均呈现下降的趋势。我们认为这是与陷阱诱导的载流子捕获和释放及陷阱的填充效应有关，具体论述如下：在弱光照射下，绝大部分光生载流子被陷阱捕获，因此探测器的上升时间和下降时间受到载流子的捕获和释放过程制约。然而，当强光照射时，由于有限的陷阱浓度，因而只有少部分载流子被陷阱捕获。在这种情况下，器件的上升时间和下降时间主要与PZT铁电薄膜内载流子的渡越时间有关。因此，为了提高PZT铁电薄膜基自驱动光电探测器的响应速度，有必要在陷阱钝化或抑制方面开展更多的研究工作。 采用光响应度和比探测率参数来进一步研究和评价PZT铁电薄膜基自驱动光电探测器的性能，结果如 图5 图5 所示。其中，光响应度（ R ）和比探测率（ D * ）分别由公式（1）和（2）计算得到 [ 13 13 - 14 14 13-14 ] ： <math display="block" id="M2"><mi>R</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi mathvariant="normal">Δ</mi><mi>I</mi></mrow><mrow><msub><mrow><mi>L</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">l</mi><mi mathvariant="normal">i</mi><mi mathvariant="normal">g</mi><mi mathvariant="normal">h</mi><mi mathvariant="normal">t</mi><mtext> </mtext></mrow></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">P</mi></mrow></msub><mo>-</mo><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">D</mi></mrow></msub></mrow><mrow><mi>P</mi><mi>S</mi></mrow></mfrac><mo>,</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=43300162&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=43300148&type= 30.81866837 8.55133343 <math display="block" id="M4"><msup><mrow><mi>D</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">*</mi></mrow></msup><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>R</mi></mrow><mrow><mroot><mrow><mn mathvariant="normal">2</mn><mi>e</mi><msub><mrow><mi>I</mi></mrow><mrow><mi mathvariant="normal">D</mi></mrow></msub><mo>/</mo><mi>S</mi></mrow><mrow/></mroot></mrow></mfrac><mo>,</mo></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=43300180&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=43300174&type= 23.79133224 9.65200043 其中，Δ I 为光电流与暗电流的差值， L light 为入射光功率， I P 为光电流， I D 为暗电流， P 为入射光功率密度， S 为顶部Au电极面积（0.071 mm 2 ， 图1 图1 （c））， e 为电子的电荷量。其中，探测器在不同波长光照下的光电流结果如 图5 图5 （a）所示。 图5 图5 （b）显示的是探测器的光响应度和比探测率的结果。从图中可以看出该器件具有明显的紫外光探测性能，在0 V偏压下，器件的峰值光响应度为0.072 A/W，峰位位于315 nm，截止波长（定义为峰值光响应度1/e时的波长）为367 nm。与吸收光谱（ 图2 图2 (c)）相比，探测器光响应度有一定的蓝移，这可能是顶部Au电极的光学吸收造成的。另外，该器件的紫外-可见光抑制比（ R 315 nm / R 450 nm ）为3.8 × 10 2 ，说明PZT铁电薄膜基自驱动光电探测器具有高效的紫外光探测和屏蔽可见光的能力。 进一步地，利用公式（2）计算得到探测器的比探测率为4.35 × 10 11 Jones（cm·Hz 1/2 ·W -1 ），说明该器件的紫外光探测性能优于已报道的同类型光电探测器。 表1 表1 总结了近年来已报道的基于铁电材料的自驱动光电探测器的光探测性能，可以看出本文报道的PZT铁电薄膜基自驱动光电探测器具有更高的光响应度和比探测率。我们认为,顶部Au电极较高的光学透射率、PZT铁电薄膜的高光学吸收系数和强铁电极化场等因素是获得上述优异光探测性能的主要原因。 上述实验结果表明，PZT铁电薄膜基光电探测器具有优异的自驱动紫外光探测性能。为了进一步说明Au/PZT/FTO结构光电探测器的自驱动光探测机理，我们绘制了该器件的能带图加以说明，如 图6 图6 所示。由于FTO电阻率很低（ < 10 Ω/□），在这里我们将其作金属材质处理。因为自发极化，在PZT铁电薄膜表面形成了显著的极化电荷，如 图6 图6 （a）所示的“+”和“-”（其中“+”和“-”分别为正电荷和负电荷）。在极化电荷的作用下，PZT铁电薄膜表面附近形成了能带弯曲，并在PZT铁电薄膜内形成较强的去极化场（ E DP ，如 图 6 图 6 （a）所示）。当光子能量高于PZT禁带宽度的紫外光照射时，PZT铁电薄膜内产生的电子和空穴在去极化场的作用下发生定向运动，如 图6 图6 （b）所示。其中，电子向FTO一侧运动，空穴向Au电极一侧运动，二者的定向运动形成了光电流。 4　结　　论 1 本文研究了PZT铁电薄膜基自驱动紫外光电探测器的光探测性能。结果表明，溶胶-凝胶方法制备的PZT薄膜具有质量高、缺陷浓度低、铁电特性优良的特性。进一步地，构建了性能优异的Au/PZT/FTO结构自驱动光电探测器。在0 V偏压下，探测器的光响应度和比探测率分别为0.072 A/W和4.35×10 11 Jones，优于已报道的同类型光电探测器。本文的研究结果将为研制简单器件结构的高性能自驱动光电探测器提供重要的借鉴。 本文专家审稿意见及作者回复内容的下载地址： http://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20220340. http://cjl.lightpublishing.cn/thesisDetails#10.37188/CJL.20220340. 参考文献 CHEN J X ， OUYANG W X ， YANG W ， et al . Recent progress of heterojunction ultraviolet photodetectors： materials， integrations， and applications ［J］. Adv. Funct. Mater. ， 2020 ， 30 （ 16 ）： 1909909-1-18 . doi: 10.1002/adfm.201909909 http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201909909 Recent progress of heterojunction ultraviolet photodetectors： materials， integrations， and applications ZENG L H ， CHEN Q M ， ZHANG Z X ， et al . Multilayered PdSe 2 /perovskite schottky junction for fast， self-powered， polarization-sensitive， broadband photodetectors， and image sensor application ［J］. Adv. Sci. ， 2019 ， 6 （ 19 ）： 1901134-1-9 . doi: 10.1002/advs.201901134 http://dx.doi.org/10.1002/advs.201901134 Multilayered PdSe2/perovskite schottky junction for fast， self-powered， polarization-sensitive， broadband photodetectors， and image sensor application BAO C X ， YANG J ， BAI S ， et al . High performance and stable all-inorganic metal halide perovskite-based photodetectors for optical communication applications ［J］. Adv. Mater. ， 2018 ， 30 （ 38 ）： 1803422-1-8 . doi: 10.1002/adma.201870288 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201870288 High performance and stable all-inorganic metal halide perovskite-based photodetectors for optical communication applications XUE J ， ZHU Z F ， XU X B ， et al . Narrowband perovskite photodetector-based image array for potential application in artificial vision ［J］. Nano Lett. ， 2018 ， 18 （ 12 ）： 7628 - 7634 . doi: 10.1021/acs.nanolett.8b03209 http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b03209 Narrowband perovskite photodetector-based image array for potential application in artificial vision VELLAMPATTI S ， REDDEPPA M ， DUGASANI S R ， et al . High performance UV photodetectors using Nd 3+ and Er 3+ single- and co-doped DNA thin films ［J］. Biosens. Bioelectron. ， 2019 ， 126 ： 44 - 50 . doi: 10.1016/j.bios.2018.10.042 http://dx.doi.org/10.1016/j.bios.2018.10.042 High performance UV photodetectors using Nd3+ and Er3+ single- and co-doped DNA thin films 孙锡娟 ， 夏梦玲 ， 许银生 ， 等 . 钙钛矿直接型X射线探测成像研究进展 ［J］. 发光学报 ， 2022 ， 43 （ 7 ）： 1014 - 1026 . doi: 10.37188/cjl.20220119 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220119 钙钛矿直接型X射线探测成像研究进展 SUN X J ， XIA M L ， XU Y S ， et al . Research progress of perovskite direct X-ray imaging ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2022 ， 43 （ 7 ）： 1014 - 1026 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20220119 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220119 Research progress of perovskite direct X-ray imaging CAO F R ， MENG L X ， WANG M ， et al . Gradient energy band driven high-performance self-powered perovskite/CdS photodetector ［J］. Adv. Mater. ， 2019 ， 31 （ 12 ）： 1806725-1-7 . doi: 10.1002/adma.201806725 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201806725 Gradient energy band driven high-performance self-powered perovskite/CdS photodetector LEUNG S F ， HO K T ， KUNG P K ， et al . A self-powered and flexible organometallic halide perovskite photodetector with very high detectivity ［J］. Adv. Mater. ， 2018 ， 30 （ 8 ）： 1704611-1-8 . doi: 10.1002/adma.201704611 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201704611 A self-powered and flexible organometallic halide perovskite photodetector with very high detectivity OUYANG W X ， CHEN J X ， SHI Z F ， et al . Self-powered UV photodetectors based on ZnO nanomaterials ［J］. Appl. Phys. Rev. ， 2021 ， 8 （ 3 ）： 031315 . doi: 10.1063/5.0058482 http://dx.doi.org/10.1063/5.0058482 Self-powered UV photodetectors based on ZnO nanomaterials ALZAHRANI H ， SULAIMAN K ， MAHMOUD A Y ， et al . Ultrasensitive self-powered UV photodetector based on a novel p-n heterojunction of solution-processable organic semiconductors ［J］. Synth. Met. ， 2021 ， 278 ： 116830 . doi: 10.1016/j.synthmet.2021.116830 http://dx.doi.org/10.1016/j.synthmet.2021.116830 Ultrasensitive self-powered UV photodetector based on a novel p-n heterojunction of solution-processable organic semiconductors 张金月 ， 吕俊鹏 ， 倪振华 . 二维材料异质结高灵敏度红外探测器 ［J］. 中国光学 ， 2021 ， 14 （ 1 ）： 87 - 99 . doi: 10.37188/CO.2020-0139 http://dx.doi.org/10.37188/CO.2020-0139 二维材料异质结高灵敏度红外探测器 ZHANG J Y ， LYU J P ， NI Z H . Highly sensitive infrared detector based on a two-dimensional heterojunction ［J］. Chin. Opt. ， 2021 ， 14 （ 1 ）： 87 - 99 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CO.2020-0139 http://dx.doi.org/10.37188/CO.2020-0139 Highly sensitive infrared detector based on a two-dimensional heterojunction 解国奥 ， 王亚琦 ， 李根 ， 等 . 基于CuSCN/Cs 3 Bi 2 I 6 Br 3 纳米薄膜的p‐i‐n型光电探测器 ［J］. 发光学报 ， 2022 ， 43 （ 8 ）： 1256 - 1265 . doi: 10.37188/cjl.20220165 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220165 基于CuSCN/Cs3Bi2I6Br3纳米薄膜的p‐i‐n型光电探测器 XIE G A ， WANG Y Q ， LI G ， et al . All-inorganic p-i-n photodetector based on lead-free CuSCN/Cs 3 Bi 2 I 6 Br 3 nanofilm ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2022 ， 43 （ 8 ）： 1256 - 1265 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20220165 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220165 All-inorganic p-i-n photodetector based on lead-free CuSCN/Cs3Bi2I6Br3 nanofilm 陈洪宇 ， 尚慧明 ， 戴明金 ， 等 . InSe/Se范德瓦尔斯异质结的可控制备及其高响应度广光谱光电探测器 ［J］. 发光学报 ， 2019 ， 40 （ 11 ）： 1409 - 1416 . doi: 10.3788/fgxb20194011.1409 http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20194011.1409 InSe/Se范德瓦尔斯异质结的可控制备及其高响应度广光谱光电探测器 CHEM H Y ， SHANG H M ， DAI M J ， et al . Controlled fabrication InSe/Se Van Der Waals heterojunction for high responsivity broadband photodetectors ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2019 ， 40 （ 11 ）： 1409 - 1416 . （in Chinese） . doi: 10.3788/fgxb20194011.1409 http://dx.doi.org/10.3788/fgxb20194011.1409 Controlled fabrication InSe/Se Van Der Waals heterojunction for high responsivity broadband photodetectors 苏子生 ， 张璐 ， 胡跃 ， 等 . 2D/3D混合Sn基钙钛矿SnO 2 异质结光探测器 ［J］. 发光学报 ， 2022 ， 43 （ 7 ）： 1121 - 1129 . doi: 10.37188/cjl.20220107 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220107 2D/3D混合Sn基钙钛矿SnO2异质结光探测器 SU Z S ， ZHANG L ， HU Y ， et al . Photodetectors based on a 2D/3D hybrid tin perovskite/SnO 2 heterojunction ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2022 ， 43 （ 7 ）： 1121 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20220107 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220107 Photodetectors based on a 2D/3D hybrid tin perovskite/SnO2 heterojunction PERIYANAGOUNDER D ， GNANASEKAR P ， VARADHAN P ， et al . High performance， self- powered photodetectors based on a graphene/silicon Schottky junction diode ［J］. J. Mater. Chem. C ， 2018 ， 6 （ 35 ）： 9545 - 9551 . doi: 10.1039/c8tc02786b http://dx.doi.org/10.1039/c8tc02786b High performance， self- powered photodetectors based on a graphene/silicon Schottky junction diode 曲家沂 ， 王云鹏 ， 孙俊杰 ， 等 . 光损伤肖特基钙钛矿探测器的光电特性分析 ［J］. 中国光学（中英文） ， 2022 ， 15 （ 4 ）： 668 - 674 . doi: 10.37188/co.2021-0196 http://dx.doi.org/10.37188/co.2021-0196 光损伤肖特基钙钛矿探测器的光电特性分析 QU J Y ， WANG Y P ， SUN J J ， et al . Analysis of photoelectric characteristics of a light-damaged Schottky perovskite detector ［J］. Chin. Opt. ， 2022 ， 15 （ 4 ）： 668 - 674 . （in Chinese） . doi: 10.37188/co.2021-0196 http://dx.doi.org/10.37188/co.2021-0196 Analysis of photoelectric characteristics of a light-damaged Schottky perovskite detector DING J ， FANG H J ， LIAN Z P ， et al . A self-powered photodetector based on a CH 3 NH 3 PbI 3 single crystal with asymmetric electrodes ［J］. CrystEngComm ， 2016 ， 18 （ 23 ）： 4405 - 4411 . doi: 10.1039/c5ce02531a http://dx.doi.org/10.1039/c5ce02531a A self-powered photodetector based on a CH3NH3PbI3 single crystal with asymmetric electrodes CHEN H Y ， LIU K W ， CHEN X ， et al . Realization of a self-powered ZnO MSM UV photodetector with high responsivity using an asymmetric pair of Au electrodes ［J］. J. Mater. Chem. C ， 2014 ， 2 （ 45 ）： 9689 - 9694 . doi: 10.1039/c4tc01839g http://dx.doi.org/10.1039/c4tc01839g Realization of a self-powered ZnO MSM UV photodetector with high responsivity using an asymmetric pair of Au electrodes PERUMAL VEERAMALAI C ， YANG S Y ， ZHI R N ， et al . Solution-processed， self-powered broadband CH 3 NH 3 PbI 3 photodetectors driven by asymmetric electrodes ［J］. Adv. Opt. Mater. ， 2020 ， 8 （ 15 ）： 2000215 . doi: 10.1002/adom.202000215 http://dx.doi.org/10.1002/adom.202000215 Solution-processed， self-powered broadband CH3NH3PbI3 photodetectors driven by asymmetric electrodes DONG L P ， YU J G ， JIA R X ， et al . Self-powered MSM deep-ultraviolet β-Ga 2 O 3 photodetector realized by an asymmetrical pair of Schottky contacts ［J］. Opt. Mater. Exp. ， 2019 ， 9 （ 3 ）： 1191 - 1199 . doi: 10.1364/ome.9.001191 http://dx.doi.org/10.1364/ome.9.001191 Self-powered MSM deep-ultraviolet β-Ga2O3 photodetector realized by an asymmetrical pair of Schottky contacts NEAMEN D A . Semiconductor Physics and Devices ： Basic Principles ［M］. 3rd ed . Boston ： McGraw-Hill ， 2003 . Semiconductor Physics and Devices： Basic Principles KIM D ， HAN H ， LEE J H ， et al . Electron-hole separation in ferroelectric oxides for efficient photovoltaic responses ［J］. Proc. Natl. Acad. Sci. USA ， 2018 ， 115 （ 26 ）： 6566 - 6571 . doi: 10.1073/pnas.1721503115 http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1721503115 Electron-hole separation in ferroelectric oxides for efficient photovoltaic responses LIU Y ， YE S ， XIE H C ， et al . Internal-field-enhanced charge separation in a single-domain ferroelectric PbTiO 3 photocatalyst ［J］. Adv. Mater. ， 2020 ， 32 （ 7 ）： 1906513-1-7 . doi: 10.1002/adma.201906513 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201906513 Internal-field-enhanced charge separation in a single-domain ferroelectric PbTiO3 photocatalyst MARTIN L W ， RAPPE A M . Thin-film ferroelectric materials and their applications ［J］. Nat. Rev. Mater. ， 2016 ， 2 （ 2 ）： 16087 . doi: 10.1038/natrevmats.2016.87 http://dx.doi.org/10.1038/natrevmats.2016.87 Thin-film ferroelectric materials and their applications YUAN Y B ， XIAO Z G ， YANG B ， et al . Arising applications of ferroelectric materials in photovoltaic devices ［J］. J. Mater. Chem. A ， 2014 ， 2 （ 17 ）： 6027 - 6041 . doi: 10.1039/c3ta14188h http://dx.doi.org/10.1039/c3ta14188h Arising applications of ferroelectric materials in photovoltaic devices ZHANG Y ， CHEN J ， CAI Y X ， et al . Depolarization electric field and poling voltage‐modulated Pb，La（Zr，Ti）O 3 -based self-powered ultraviolet photodetectors ［J］. J. Am. Ceram. Soc. ， 2021 ， 104 （ 2 ）： 928 - 935 . doi: 10.1111/jace.17542 http://dx.doi.org/10.1111/jace.17542 Depolarization electric field and poling voltage‐modulated Pb，La（Zr，Ti）O3-based self-powered ultraviolet photodetectors LI J K ， GE C ， JIN K J ， et al . Self-driven visible-blind photodetector based on ferroelectric perovskite oxides ［J］. Appl. Phys. Lett. ， 2017 ， 110 （ 14 ）： 142901-1-5 . doi: 10.1063/1.4979587 http://dx.doi.org/10.1063/1.4979587 Self-driven visible-blind photodetector based on ferroelectric perovskite oxides QI J ， MA N ， MA X C ， et al . Enhanced photocurrent in BiFeO 3 materials by coupling temperature and thermo-phototronic effects for self-powered ultraviolet photodetector system ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces ， 2018 ， 10 （ 16 ）： 13712 - 13719 . doi: 10.1021/acsami.8b02543 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.8b02543 Enhanced photocurrent in BiFeO3 materials by coupling temperature and thermo-phototronic effects for self-powered ultraviolet photodetector system QI H Y ， XIA X ， ZHOU C L ， et al . Ferroelectric properties of the flexible Pb（Zr 0.52 Ti 0.48 ）O 3 thin film on mica ［J］. J. Mater. Sci.： Mater. Electron. ， 2020 ， 31 （ 4 ）： 3042 - 3047 . doi: 10.1007/s10854-019-02848-y http://dx.doi.org/10.1007/s10854-019-02848-y Ferroelectric properties of the flexible Pb（Zr0.52Ti0.48）O3 thin film on mica SHOGHI A ， ABDIZADEH H ， SHAKERI A ， et al . Sol⁃gel synthesis of PZT thin films on FTO glass substrates for electro-optic devices ［J］. J. Sol⁃Gel Sci. Technol. ， 2020 ， 93 （ 3 ）： 623 - 632 . doi: 10.1007/s10971-019-05121-0 http://dx.doi.org/10.1007/s10971-019-05121-0 Sol⁃gel synthesis of PZT thin films on FTO glass substrates for electro-optic devices JUAN T P C ， CHEN S M ， LEE J Y M . Temperature dependence of the current conduction mechanisms in ferroelectric Pb（Zr 0.53 ，Ti 0.47 ）O 3 thin films ［J］. J. Appl. Phys. ， 2004 ， 95 （ 6 ）： 3120 - 3125 . doi: 10.1063/1.1646441 http://dx.doi.org/10.1063/1.1646441 Temperature dependence of the current conduction mechanisms in ferroelectric Pb（Zr0.53，Ti0.47）O3 thin films PUTZEYS T ， WÜBBENHORST M . Asymmetric polarization and hysteresis behaviour in ferroelectric P（VDF-TrFE）（76∶24）copolymer thin films spatially resolved via LIMM ［J］. Phys. Chem. Chem. Phys. ， 2015 ， 17 （ 12 ）： 7767 - 7774 . doi: 10.1039/c4cp06033d http://dx.doi.org/10.1039/c4cp06033d Asymmetric polarization and hysteresis behaviour in ferroelectric P（VDF-TrFE）（76∶24）copolymer thin films spatially resolved via LIMM YIN S Q ， LIU A D ， ZHANG Y Y ， et al . Improved properties of Pb（Zr 0.52 Ti 0.48 ）O 3 films by hot plate annealing on LaNiO 3 bottom electrode ［J］. J. Sol⁃Gel Sci. Technol. ， 2020 ， 96 （ 1 ）： 83 - 90 . doi: 10.1007/s10971-020-05378-w http://dx.doi.org/10.1007/s10971-020-05378-w Improved properties of Pb（Zr0.52Ti0.48）O3 films by hot plate annealing on LaNiO3 bottom electrode MA N ， YANG Y . Boosted photocurrent in ferroelectric BaTiO 3 materials via two dimensional planar-structured contact configurations ［J］. Nano Energy ， 2018 ， 50 ： 417 - 424 . doi: 10.1016/j.nanoen.2018.05.069 http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.05.069 Boosted photocurrent in ferroelectric BaTiO3 materials via two dimensional planar-structured contact configurations MA N ， ZHANG K W ， YANG Y . Photovoltaic⁃pyroelectric coupled effect induced electricity for self-powered photodetector system ［J］. Adv. Mater. ， 2017 ， 29 （ 46 ）： 1703694-1-10 . doi: 10.1002/adma.201703694 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201703694 Photovoltaic⁃pyroelectric coupled effect induced electricity for self-powered photodetector system QI J ， MA N ， YANG Y . Photovoltaic-pyroelectric coupled effect based nanogenerators for self-powered photodetector system ［J］. Adv. Mater. Interfaces ， 2018 ， 5 （ 3 ）： 1701189 . doi: 10.1002/admi.201701189 http://dx.doi.org/10.1002/admi.201701189 Photovoltaic-pyroelectric coupled effect based nanogenerators for self-powered photodetector system CHEN J ， YOU D ， ZHANG Y ， et al . Highly sensitive and tunable self-powered UV photodetectors driven jointly by p-n junction and ferroelectric polarization ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces ， 2020 ， 12 （ 48 ）： 53957 - 53965 . doi: 10.1021/acsami.0c15816 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c15816 Highly sensitive and tunable self-powered UV photodetectors driven jointly by p-n junction and ferroelectric polarization 冯秋菊 ， 解金珠 ， 董增杰 ， 等 . 单根磷掺杂β-Ga 2 O 3 微米线日盲紫外探测器性能 ［J］. 发光学报 ， 2021 ， 42 （ 11 ）： 1653 - 1660 . doi: 10.37188/cjl.20210291 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210291 单根磷掺杂β-Ga2O3微米线日盲紫外探测器性能 FENG Q J ， XIE J Z ， DONG Z J ， et al . Performance of a single phosphorus-doped β-Ga 2 O 3 microwire solar-blind ultraviolet photodetector ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2021 ， 42 （ 11 ）： 1653 - 1660 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20210291 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20210291 Performance of a single phosphorus-doped β-Ga2O3 microwire solar-blind ultraviolet photodetector 王丽嫣 ， 刘可为 ， 陈星 ， 等 . 基于Ag微孔阵列结构电极的MgZnO紫外探测器制备和特性 ［J］. 发光学报 ， 2021 ， 42 （ 2 ）： 201 - 207 . doi: 10.37188/cjl.20200362 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20200362 基于Ag微孔阵列结构电极的MgZnO紫外探测器制备和特性 WANG L Y ， LIU K W ， CHEN X ， et al . Fabrication and characteristics of MgZnO ultraviolet detector based on Ag microporous array structure electrode ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2021 ， 42 （ 2 ）： 201 - 207 . （in Chinese） . doi: 10.37188/cjl.20200362 http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20200362 Fabrication and characteristics of MgZnO ultraviolet detector based on Ag microporous array structure electrode 陈星 ， 周畅 ， 刘可为 ， 等 . 基于宽禁带半导体氧化物微纳材料的紫外探测器研究进展 ［J］. 中国光学（中英文） ， 2022 ， 15 （ 5 ）： 912 - 928 . doi: 10.37188/co.2022-0132 http://dx.doi.org/10.37188/co.2022-0132 基于宽禁带半导体氧化物微纳材料的紫外探测器研究进展 CHEN X ， ZHOU C ， LIU K W ， et al . Review of ultraviolet photodetectors based on micro/nano-structured wide bandgap semiconductor oxide ［J］. Chin. Opt. ， 2022 ， 15 （ 5 ）： 912 - 928 . （in Chinese） . doi: 10.37188/co.2022-0132 http://dx.doi.org/10.37188/co.2022-0132 Review of ultraviolet photodetectors based on micro/nano-structured wide bandgap semiconductor oxide YUAN Y W ， CHEN M M ， YANG S H ， et al . Improved CsPbBr 3 visible light photodetectors via decoration of sputtered Au nanoparticles with synergistic benefits ［J］. Nano Sel. ， 2022 ， 3 （ 1 ）： 178 - 187 . doi: 10.1002/nano.202100117 http://dx.doi.org/10.1002/nano.202100117 Improved CsPbBr3 visible light photodetectors via decoration of sputtered Au nanoparticles with synergistic benefits 10.37188/CJL.20220340 TN23 O482.31 A 1000-7032（2023）04-0685-09 叶昊熙,苏嘉韵,钟日健等.基于PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 铁电薄膜的高性能自驱动紫外光电探测器[J].发光学报,2023,44(04):685-693. 叶昊熙,苏嘉韵,钟日健等.基于PbZr0.52Ti0.48O3铁电薄膜的高性能自驱动紫外光电探测器[J].发光学报,2023,44(04):685-693. YE Haoxi,SU Jiayun,ZHONG Rijian,et al.High-performance Self-powered Ultraviolet Photodetectors Based on Ferroelectric PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 Thin Films[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(04):685-693. YE Haoxi,SU Jiayun,ZHONG Rijian,et al.High-performance Self-powered Ultraviolet Photodetectors Based on Ferroelectric PbZr0.52Ti0.48O3 Thin Films[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(04):685-693. 粤港澳智能微纳光电技术联合实验室研究基金（2020B1212030010） Supported by Guangdong⁃Hong Kong⁃Macao Joint Laboratory for Intelligent Micro⁃Nano Optoelectronic Technology（2020B12120⁃30010） 2022-09-20 2022-10-06 2023-04-05 2023-05-10 36969197 发光学报 4 44