电子科技大学最新Materials Today综述: ZnO纳米线紫外光电探测器：柔性、生物兼容性与可见光屏蔽的交叉点

【研究背景】

光电探测器（PD）将光信号转换为电信号，用于各种光电应用，包括生物医学成像、人工视觉系统和光通信。其中，紫外线传感器对于检测紫外线辐射水平至关重要，可分为光致变色传感器和光电探测器。光致变色传感器通常受限于其响应速度慢和无法检测低光照水平，而紫外线光电探测器可将紫外线转换为电信号，提供快速响应和高灵敏度。紫外线光电探测器可用于科学研究以外的领域，包括灭菌和环境监测，以及由于背景噪声极小且能够通过反射散射远距离工作而实现的安全通信。

在快速发展的紫外光电检测技术领域，ZnO纳米线因其独特的性能和与紫外应用的兼容性而成为一种特别有前途的材料。基于ZnO的光电探测器具有独特的优势，包括对紫外光的高灵敏度、出色的电导率以及在各种环境条件下高效运行的能力。ZnO纳米线的固有特性（例如宽带隙和强激子结合能）使其能够精确高效地检测紫外辐射，最大限度地减少可见光的干扰。这使它们成为从环境监测到医学成像等关键应用的理想选择，在这些应用中，准确的紫外检测至关重要。此外，ZnO纳米线的灵活性和生物相容性使其易于集成到各种设备架构中，包括可穿戴传感器和可植入医疗设备，从而将其用途扩展到传统光电探测器之外。ZnO 纳米线技术的不断发展是由对更耐用、多功能且经济高效的紫外传感解决方案的需求推动的。基于ZnO的光电探测器有望在商业和科学领域取得重大突破。

【成果介绍】

鉴于此，电子科技大学的王志明教授和Jamal Kazmi博士，俄亥俄大学（Ohio University）的Alexander O Govorov教授，格拉斯哥大学大学（University of Glasgow）的David James Young教授合作发表了题为“ZnO nanowire UV photodetectors: At the intersection of flexibility, biocompatibility, and visible blindness”的综述论文在Materials Today期刊上。该论文首先从历史概述开始回顾这项技术的发展，追溯了紫外光电探测器从早期发展到使用复杂宽带隙半导体的演变过程。

【图文导读】

（仅展示Fig. 1~6）

图 1. 光电探测器发展的时间线。

图 2. 紫外线辐射光谱和紫外线光电探测器应用概述。图 (a) 描述了紫外线辐射分为UVC, UVB和UVA以及相关应用。图 (b) 显示了材料形态从块体到智能系统的演变，突出了紫外线光电探测器技术的进步。

图 3. 自2001年以来有关ZnO基光电探测器的出版物数量统计。

图 4. 光电检测示意图。电场可以由结的内置电位或外部偏置电源产生，促进激子的产生、分离、漂移和电荷收集过程。

图 5. ZnO纳米线基光电探测器的概述：柔性、生物兼容性与 可见光屏蔽 的交叉点。

图 6. 各种光电探测器器件几何结构及其工作原理的示意图。(a) 光电导体具有欧姆接触的导电通道，允许光生载流子自由移动，导致入射光下电导的变化。(b) 具有平面结构的金 属-半导体-金 属（MSM）光电探测器，具有两个背靠背的肖特基接触，通常采用交叉指状配置。(c) 肖特基光电二极管利用 金属-半导体 界面处的肖特基势垒来最小化暗电流。(d) p-n结光电二极管提供内建电位以分离光生载流子，而p-i-n结光电探测器在吸收光的本征层中引入了一个本征层，通过减少不同掺杂区域间的载流子扩散来提高响应速度。(e) 雪崩光电二极管包含一个高电场区域，可加速电子，引起碰撞电离并放大光激发载流子。(f) 光电晶体管可通过调节施加的栅极电压来调整光响应。

【总结展望】

总之，本综述全面探讨了ZnO纳米线紫外光电探测器的进展，强调了它们在灵活性、生物相容性和可见光屏蔽能力交叉点上的关键作用。本文强调了ZnO纳米线的卓越性能，这些性能有助于探测器实现对紫外线的高灵敏度和特异性。ZnO纳米线光电探测器具有显著优势，因为它们具备以下特点：（1）高电磁响应度：这使得能够有效检测紫外线辐射，同时将可见光的干扰降至最低，这对于需要高保真度紫外线监测和分析的应用至关重要。（2）灵活集成：ZnO纳米线的机械灵活性使其能够集成到各种设备架构中，从可穿戴传感器到可植入医疗设备，从而扩大了其适用范围。（3）生物相容性：这一特性确保这些光电探测器可以安全地用于体内或皮肤上的长期应用，而不会产生不良反应，这对于医疗监测设备至关重要。虽然目前需要解决诸如质量变化和环境敏感性等挑战，但ZnO纳米线光电探测器的发展轨迹必将彻底改变光电检测领域。持续的跨学科研究和技术创新将充分发挥这些多功能高性能设备的潜力，满足先进传感应用的新兴需求。

【文献信息】

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