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近期,该团队等将横截面SKPM应用于薄膜光电探测器,解析了器件的倍增机理。该研究利用溶液工艺制备的薄膜型光电探测器不仅具有成本低、重量轻、柔性等优势,而且展现出较高的增益,有时甚至超过商品化的雪崩二极管,引起了广泛关注。但是,此类器件的倍增机理一直以来存在争议,主要瓶颈在于缺乏有效的实验论证。该团队通过横截面SKPM动态追踪了暗态、光照和反偏压下器件能带结构的演化过程,证实界面电荷陷阱、光照和反偏压三者协同诱导的界面能带弯曲,能够有效降低空穴注入势垒,引起大量的空穴注入。由于注入电流相比光照产生的电流高数个数量级,两者叠加从而产生非常高的增益。相关文章以In-operando visualization of interfacial band bending in photomultiplying organic photodetectors为题,发表在Nano Letters上。
虽然横截面SKPM在薄膜光电器件机理解析方面作用显著,但由于探针悬梁臂串扰引起的系统性误差,常使得测量精准度大打折扣。为此,该团队提出了激发探针二阶共振频的方式优化探针振荡动力学,有效抑制悬梁臂串扰效应,从而大幅提高测量精准度。通过有限元数值模拟证实,二阶频下悬臂梁的自由端存在一个固定的节点,其左右两端的位移方向相反,使得悬臂梁所做的虚功自我抵消,是减小悬臂梁串扰的关键。相关文章以Quantitative amplitude-modulation scanning Kelvin probe microscopy via the second eigenmode excitation为题,发表在Ultramicroscopy上。
相关研究工作获得国家自然科学基金、科学技术部重点研发计划、江苏省自然科学基金、中科院战略性先导科技专项和科研装备研制项目、苏州纳米协同创新中心,以及苏州纳米所的支持。
图1 动态追踪倍增型光电探测器界面能带结构
图2 优化振荡动力学提高横截面开尔文探针测量精准度
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