深紫外光電探測器在導彈預警、臭氧層監(jiān)測、火焰探測等軍事和民用領域均有著廣泛的應用。

新興的銅鹵化物Cs3Cu2I5具有優(yōu)異的深紫外光吸收特性，且對環(huán)境水、光、熱的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)鉛基鹵化物體系，是制備深紫外光電探測器的理想候選材料。

然而，目前報道的Cs3Cu2I5材料多為多晶薄膜態(tài)，內部存在大量晶界，這一方面增加了載流子發(fā)生非輻射復合的幾率，劣化器件的光電性能，另一方面也會嚴重影響光電器件在實際使用過程中的壽命。

Cs3Cu2I5體單晶盡管具有良好的結晶度以及減少的缺陷態(tài)密度，但較大的厚度會導致較長的載流子遷移時間以及較高的載流子復合概率。

因此，從應用的角度考慮，制備高質量的Cs3Cu2I5單晶薄膜，實現(xiàn)其厚度從幾十納米到幾十微米可調，保證材料在大尺寸范圍內具有高的結晶度和光學特性，是提升Cs3Cu2I5基光電器件性能的關鍵。

鑒于此，鄭州大學物理學院的史志鋒教授基于經典成核理論和晶體生長速率分析，結合逆溫溶液生長以及溶劑蒸發(fā)技術，發(fā)展了一種簡單的過飽和溶液控制生長方法，在襯底上制備出大尺寸的Cs3Cu2I5單晶薄膜。

該單晶薄膜的厚度可以在45 nm~27.9 μm范圍內連續(xù)調控，且可在多種襯底上直接生長，可滿足多種光電器件的片上集成制備要求。

通過原位監(jiān)測Cs3Cu2I5單晶薄膜的生長過程，研究人員闡明了以結晶驅動力為逆溫成核和蒸發(fā)結晶的結晶動力學過程。

與Cs3Cu2I5多晶薄膜相比，所制備的單晶薄膜具有更低的缺陷態(tài)密度（6.42×1011 cm?3）和更長的載流子擴散長度（1.85 μm），這有效降低了光生載流子被缺陷態(tài)捕獲的幾率，增強了光生載流子被電極有效收集的效率。

因此，基于Cs3Cu2I5單晶薄膜的光電探測器對深紫外光（265 nm）的響應度達到了158 A W?1。由于較低的缺陷態(tài)濃度和晶界密度，未封裝的紫外光電探測器表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和可重復性。

上述研究成果不僅為Cs3Cu2I5單晶薄膜的結晶動力學調控生長提供了新的方案，而且有望促進高性能深紫外光電探測器片上集成的進一步研究。

圖1Cs3Cu2I5單晶薄膜的制備示意圖及生長動力學分析

這一成果近期發(fā)表在國際權威期刊Nano Today上。文章的第一作者是鄭州大學的博士研究生馬敬麗，通訊作者為鄭州大學的史志鋒教授。該工作得到了國家自然科學基金、河南省杰出青年科學基金和河南省高?？萍紕?chuàng)新團隊計劃的支持。





審核編輯：劉清