锑化物具有带隙窄、迁移率高等优点，被认为是实现新一代高性能红外探测器和高速芯片的理想沟道新材料之一。后摩尔时代的光电子器件对微型化和高性能的双重高要求开启了“锑化物低维结构与光电器件”研究的新时代。作为典型的低维结构，纳米线的晶体取向性强，尺寸越小其表面原子数占比越高，对外部变量更加灵敏。因此，锑化物纳米线新型探测器备受关注。由于具有较大的原子半径，锑元素在生长过程中易聚集在纳米线的表面，导致可控生长锑化物纳米线难且开发的电子器件性能低下；另外，由于具有出众的比表面积，锑化物纳米线表面大量的悬空键不仅使得其稳定性差，还会引起严重的表面态，红外探测器件的性能不理想。近期，学院杨再兴课题组通过控制锑化物纳米线生长方向、构筑锑化物纳米线混合维度异质结，揭示了锑化物纳米线的表面态调控原理，实现了预期的高性能光电子器件，具体结果如下：
进展一、揭示了锑化物纳米线表面态的生长方向依赖规律和神经突触机制，利用纳米线场效应晶体管实现了高识别准确率的人工视觉神经形态计算，相关研究结果发表在领域内专业期刊Materials Today Electronics (2025, 12, 100148）上。
图1. 利用锑化物纳米线的表面态实现高准确率人工视觉识别
锑化物纳米线的表面态充当电荷陷阱，通过捕获载流子导致光电子器件的工作电流不稳定。这种电流改变可以用于模拟神经突触行为，在新一代类脑计算研究领域具有迷人的应用前景。杨再兴等人通过研究不同生长方向的锑化物纳米线场效应管的电学特性，揭示出具有<211>生长方向的锑化物纳米线的表面态比具有<111>生长方向的锑化物纳米线更丰富。因此，<211>生长方向的锑化物纳米线的表面态能捕获更多的载流子，工作电流降低的更多，光电突触行为更明显。值得一提的是，将不同生长方向的纳米线结合起来，人工视觉识别准确率比单一的纳米线更高。所有结果表明纳米线场效应管在新一代类脑计算研究领域具有巨大的应用潜力。相关研究结果以“Diameter Dependent Synaptic Behaviors of III-V Nanowires for Neuromorphic Image Denoising”为题发表于Materials Today Electronics期刊上。学院为论文第一通讯单位，硕士生臧泽琦（已转博、首届强基计划入选者）为论文第一作者。
进展二、通过构筑混合维度异质结提高了锑化物纳米线红外探测器的光生载流子分离与收集效率，降低了暗电流、提高了光暗电流比、加速了响应时间，相关研究结果发表在领域内专业期刊Nano-Micro Letters（2025, 17, 284）上。
图2. 锑化物纳米线基混合维度异质结的构筑、原理与光电探测性能
由于比表面积大，晶体生长方向（晶体极性）唯一且表面原子数占比大，锑化物纳米线红外探测器面临暗电流大、光暗电流比小、响应时间慢等诸多挑战。构建异质结将提高光生载流子的分离与收集效率，有效优化低维半导体的光电探测性能。在本工作中，杨再兴等人将带隙为0.8 eV的Bi2O2Se纳米片与GaSb纳米线结合，成功构建出Ⅱ型混合维度异质结，展示出卓越的自供电近红外光探测、光成像及光通信性能。得益于异质结处的内建电场，构建的异质结展现出优异的自供电红外探测性能，暗电流低至0.07 pA，光/暗电流比高达182，光响应时间快至< 2/2 ms，性能显著优于单独的纳米线或者纳米片器件。构建的异质结实现了自供电近红外图像成像与光通信的应用演示。这项工作表明，构建混合维度异质结将为新一代锑化物高性能自供电近红外光探测提供了极具前景的解决方案。相关研究结果以“Mixed-Dimensional Nanowires/Nanosheet Heterojunction of GaSb/Bi2O2Se for Self-Powered Near-Infrared Photodetection and Photocommunication”为题发表于Nano-Micro Letters期刊上。学院为论文第一通讯单位，博士生王广灿为论文第一作者。
进展三、在锑化物纳米线阵列上直接生长纳米片构建出混合维度异质结，解决了半导体异质结构筑过程中接触界面质量差及光敏面积失配难题，实现了高开关比，快速响应，高灵敏度的光电子器件，相关研究结果发表在领域内专业期刊Advanced Optical Materials（2025, 2500367）上。
图3. 通过原位构建混合维度异质结，实现了开关比高，响应快速，灵敏度高的光电子器件
构建半导体异质结是提升光电子器件性能的有效手段之一。然而，界面接触质量差，光敏面积不匹配等问题严重制约着半导体异质结在下一代光电子器件中的实际应用。杨再兴等人通过接触印刷技术制备了锑化物纳米线阵列，并通过滴涂方法在纳米线阵列表面直接生长二维纳米片，实现了高质量的界面接触和高光敏面积适配度的混合维度半导体异质结。得益于半导体异质结界面处的内建电场和耗尽区，锑化物纳米线的暗电流得到抑制，响应速度极大提升，并实现了自供电光电探测行为。所制备的混合维度异质结器件还展现出自供电探测成像，光通信及全向弱光探测的能力。相关研究结果以“Constructing Hybrid Dimensional Nanowires Array/Nanosheet Heterojunction of GaSb/PbI2 for Self-Powered Imaging, Photocommunication and Omnidirectional Weak-Light Photodetection”为题发表于Advanced Optical Materials期刊上。学院为论文第一通讯单位，博士生洒子旭为论文第一作者。
以上研究得到了学院陈峰教授、新一代半导体材料研究院徐明升教授的指导和支持，结果为调控低维半导体的表面态及其光电子器件的性能提供了新思路，促进了纳米线场效应晶体管在类脑计算和室温红外探测技术领域的发展。
进展一链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772949425000142
进展二链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-025-01793-2
进展三链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.202500367
