近日，物理科学与信息工程学院/山东省光通信科学与技术重点实验室桑丹丹副教授课题组在金刚石基一维纳米金属氧化物异质结的光电性能研究方面取得重要进展，相关研究成果以“Enhanced Photoluminescence and Electrical Properties of n-Al-Doped ZnO Nanorods/p-B-Doped Diamond Heterojunction”为题发表在国际期刊《International Journal of Molecular Sciences》 (中科院二区Top期刊, 影响因子5.924)。2020级硕士生姚禹为文章第一作者，桑丹丹副教授、王庆林副教授为文章通讯作者，聊城大学为第一通讯单位。

ZnO纳米材料由于其较低的激光阈值和较高的光学效率，被视为光电应用领域的可行候选材料。近年来，不同p型衬底材料与ZnO纳米材料相结合制备的异质结结构被广泛应用于光电子器件等领域。与硅（Si）、氮化镓（GaN）等传统衬底材料相比，掺硼金刚石（BDD）具有高导热性、宽禁带（5.47eV）、高击穿电压（~10⁷V/cm）、高电子空穴迁移率（2400cm²/(V·s)）、化学稳定性和室温抗辐射性能等优异性能。因此，将ZnO纳米材料与BDD结合形成的异质结器件在高温、高频和高功率等恶劣环境下表现出耐用可靠的光电性能。为了进一步调控优化该异质结系统，研究团队通过对ZnO掺杂铝元素，改进了ZnO纳米棒/p-BDD异质结的光致发光和电学性质。n-Al:ZnO纳米棒/p-BDD异质结光致发光强度显著增强，且紫外发射峰出现明显蓝移。异质结I-V特性曲线表现出较好的整流特性（如图1所示），在5V下具有838的高整流比，比n-ZnO纳米棒/p-BDD异质结的整流比(19.3)高40倍以上。在5V正向偏压下，正向电流高达67.5mA，是n-ZnO纳米棒/p-BDD异质结的1300倍以上。通过构建能带结构模型（如图2所示），探讨了该异质结载流子输运行为的物理机制。本研究工作为未来耐高温、高频等恶劣环境下金刚石基纳米光电器件的开发提供了新的设计和应用思路。

图1. n-Al:ZnO 纳米棒/p-BDD异质结和n-ZnO 纳米棒/p-BDD异质结的I-V特性

图2. (a) n-ZnO 纳米/p-BDD异质结和(b) n-Al:ZnO 纳米棒/p-BDD异质结的能带结构图

该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省高等学校青创人才引育计划、山东省高等学校青创科技计划、山东省泰山学者计划等项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.3390/ijms23073831

（审核：刘才龙）