铅自掺杂倾斜PbSe薄膜的横向热电性能优化及其高灵敏度光电探测应用

本研究通过脉冲激光沉积(PLD)技术制备铅(Pb)自掺杂倾斜PbSe薄膜，创新性地利用Pb纳米颗粒实现载流子浓度调控，同步提升电导率(σ)、降低晶格热导率(κl)，使横向热电(TTE)探测器在308 nm脉冲激光和10,600 nm连续波激光下的电压灵敏度分别提升48%和150%，为弱紫外脉冲/宽带红外探测提供了新材料策略。

　　

亮点

• 创新性采用Pb自补偿策略构建纳米颗粒复合薄膜

• 实现电导率(σ)与Seebeck系数(S)的协同优化

• 在远红外波段(10,600 nm)获得150%的灵敏度跃升

实验方法

采用脉冲激光沉积(PLD)技术在倾斜10°的SrTiO₃(STO)基底上制备225 nm厚PbSe薄膜。通过调节靶材上Pb切片角度(γ)，精准控制Pb/Se化学计量比(x=1.06-1.24)，成功将Pb纳米颗粒嵌入薄膜基质。

结果讨论

XRD分析显示(220)/(111)晶面衍射峰证实了Pb纳米相的形成。当x=1.20时，薄膜表现出最优异的性能组合：

1. Pb自补偿有效抑制了铅空位缺陷

2. 纳米颗粒界面产生能量过滤(energy filtering)效应，增强Seebeck系数

3. 晶界声子散射使晶格热导率(κ_l)降低40%

结论

该研究揭示了硫族化合物中自掺杂对横向热电(TTE)性能的三重调控机制，为开发新一代自供电光电探测器提供了重要理论依据和材料设计范式。