窄带隙半导体（如GaSb纳米线）因高表面体积比导致表面态丰富、载流子浓度高，引发暗电流大、光暗电流比低、响应速度慢等问题，制约近红外探测性能。表面钝化、范德华集成等方法仍存在稳定性或工艺复杂性挑战。构建II型异质结，利用内建电场促进光生载流子分离，实现自供电探测，避免外部偏压需求。GaSb纳米线（NW，带隙0.72 eV，高迁移率）与Bi?O?Se纳米片（NS，带隙0.8 eV）形成能带匹配的异质结。
近日，山东大学研究团队提出了一种新型混合维度（GaSb纳米线/Bi?O?Se纳米片）II型异质结的构建及其在自供电近红外光电探测与光通信中的应用。通过化学气相沉积（CVD）制备材料，结合接触印刷技术形成有序纳米线阵列异质结。该异质结凭借~140 meV的内置电场，实现了超低暗电流（0.07 pA–0.08 pA）、高光暗电流比（82–182）和超快响应（<2/2 ms–6/4 ms）。该异质结器件在零偏压下展示了宽带近红外探测能力，并成功应用于成像和光通信系统，为高性能自供电光电探测器提供了新平台。这项研究以“Mixed-Dimensional Nanowires/Nanosheet Heterojunction of GaSb/Bi2O2Se for Self-Powered Near-Infrared Photodetection and Photocommunication”为题发表在Nano-Micro Letters期刊上。
GaSb纳米线和Bi?O?Se纳米片是在双区管式炉中通过化学气相沉积（CVD）方法制备的。GaSb纳米线和Bi?O?Se纳米片通过PMMA辅助湿转移法构建混合维度异质结。该异质结的结构表征、表面电位差分布如图1所示。
图1 GaSb纳米线/Bi?O?Se纳米片混合维度异质结的构建
在成功构建纳米线/纳米片异质结后，研究人员探究了该器件的光探测行为。得益于GaSb和Bi?O?Se的窄带隙，所制备的纳米线、纳米片和纳米线/纳米片异质结光电探测器都表现出宽带光探测能力，相关结果如图2所示。
图2 GaSb纳米线、Bi?O?Se纳米片及GaSb纳米线/Bi?O?Se纳米片混合维度异质结的光电探测行为
内置电场有助于GaSb纳米线/Bi?O?Se纳米片异质结光电探测器的自供电近红外光探测行为，在520 nm和1310 nm激光照明下，研究人员还进一步探究了纳米线/纳米片异质结光电探测器的自供电光探测行为，相关结果如图3所示。
图3 GaSb纳米线/Bi?O?Se纳米片混合维度异质结的自供电近红外光探测性能
有序纳米线阵列被认为是光电子器件大规模集成的有前途的候选者。图4研究了GaSb纳米线阵列和GaSb纳米线/Bi?O?Se纳米片混合维度异质结光电探测器的光电探测行为。结果表明，该器件的出色的光探测性能使纳米线阵列/纳米片混合维度异质结成为自供电近红外光探测的有效策略。
图4 GaSb纳米线阵列和GaSb纳米线/Bi?O?Se纳米片混合维度异质结光电探测性能
最后，研究人员基于纳米线阵列/纳米片混合维度异质结自供电光电探测器进行单像素成像和光通信应用，相关结果如图5所示。结果显示，该异质结器件凭借其超快光响应和卓越的感光灵敏度，在近红外成像和光通信方面具有广阔的前景。
图5 成像与光通信应用演示
综上所述，这项研究成功构建GaSb纳米线/Bi?O?Se纳米片混合维度II型异质结。该异质结器件在零偏压下实现高性能自供电近红外探测：超低暗电流（0.07–0.08 pA）、高光暗电流比（82–182）、超快响应（<2–6 ms）。纳米线阵列异质结进一步增大光电流（提升2倍），适用于成像与光通信。这项研究演示了自供电近红外成像和光通信功能，为物联网和低功耗光电子器件提供新方案。
