层状氧硫族铋化合物（Bi₂O₂X，X = S、Se或Te）因其优异的化学稳定性、可调控的能带结构以及出色的载流子迁移特性，已成为新一代电子器件研究中的热点材料。其中，低维Bi₂O₂Se具有合适的电子带隙、高载流子迁移率和良好的空气稳定性，被视为可见—近红外波段光电探测的理想候选材料。然而，Bi₂O₂Se纳米片的超薄厚度导致器件中产生的光电流较低，进而导致光电探测器的开关比和响应度普遍偏低，严重制约了其在高性能光电探测领域的进一步应用。构建异质结以整合不同材料的优势并发挥材料间的协同效应，已被广泛认为是提升器件性能并实现双波段或多波段探测的有效策略。

基于上述研究思路，本文采用化学（物理）气相沉积法成功制备出高质量的二维Bi₂O₂Se纳米片和CdS纳米带，并通过机械转移与光刻技术，构建了高性能双波段Bi₂O₂Se/CdS异质结光电探测器。该器件在可见光（450 nm）与近红外（1150 nm）波段均展现出优异的光电探测能力，具体表现为高开关比、高响应度、高比探测率、高外量子效率以及快速响应速度等，整体性能优于目前多数已报道的Bi₂O₂Se基光电探测器。更为重要的是，该器件在高分辨成像方面展现出优异表现，充分展示了其在图像传感与加密光通信等领域的广阔应用前景。

图 1. Bi₂O₂Se纳米片的生长和结构表征。(a) CVD生长的Bi₂O₂Se纳米片和PVD生长的 CdS 纳米带的示意图，插图显示了Bi₂O₂Se和CdS的微结构。 (b) Bi₂O₂Se纳米片的扫描电镜，Bi₂O₂Se纳米片的元素分布。(c) Bi₂O₂Se纳米片的 XRD 图。(d) Bi₂O₂Se纳米片的紫外—可见吸收光谱和相应的带隙（插图）。(e) Bi₂O₂Se纳米片的拉曼光谱。(f) 生长的Bi₂O₂Se纳米片的HRTEM和 (g) SAED图像。

图 2. Bi₂O₂Se/CdS异质结光电探测器在450 nm光照下的光电性能。(a) Bi₂O₂Se/CdS异质结器件示意图。(b) Bi₂O₂Se/CdS异质结光电探测器的光学显微镜视图（蓝色虚线为Bi₂O₂Se纳米片，红色虚线为CdS纳米带，黑色虚线为金电极）。(c) CdS纳米带和 Bi₂O₂Se纳米片的AFM图像。(d) Bi₂O₂Se/CdS异质结光电探测器的响应光谱。(e) 不同光功率密度下的 I-V 曲线。(f) 不同光功率密度下相应 R 和 EQE、(g) D* 和开关比。(h) Bi₂O₂Se/CdS光电探测器在5 V偏置下的噪声谱密度，以及在1 Hz和10 kHz时的相应 D*。(i) 不同光功率密度下的相应拟合曲线。(j) 1、3和5 kHz的高频响应。(k) 5 kHz时的上升时间和下降时间。(l) 归一化光电流响应随频率的变化关系。

图 3. Bi₂O₂Se/CdS 异质结光电探测器在1150 nm光照下的光电性能。(a) 不同光功率密度下的 I-V 曲线。(b) 不同光功率密度下的 R、EQE、(c) D* 和开关比。(d) 光电流与光强度的函数关系。(e) 上升时间和下降时间。(f) 在 450 和 1150 nm光照下，器件光电流稳定性测试。

图 4. Bi₂O₂Se/CdS异质结光电探测器的R、开/关比、D*和响应时间与已报道Bi₂O₂Se基器件性能比较。

图5.（a）Bi₂O₂Se/CdS 异质结器件光电流Mapping图。（b）Bi₂O₂Se/CdS异质结的KPFM图。（c、d）异质结接触前后的能带结构示意图。（e-h）Bi₂O₂Se/CdS异质结器件在正向和反向偏压下，不同波长入射光下的光激发过程示意图。

图 6. Bi₂O₂Se/CdS异质结光电探测器的图像传感应用。(a) Bi₂O₂Se/CdS异质结图像传感系统示意图。(b) 在 450 nm光照下字母 “U ”的成像结果。(c) 使用 Bi₂O₂Se/CdS异质结光电探测器作为信号接收器的通信系统示意图。(d) 在不同条件下产生的相应信号。(e) 在加密通信系统中用来表示和传输ASCII码“T ”的信号。

论文第一作者为云南师范大学硕士研究生张启成，通讯作者为谭秋红副教授和王前进教授，研究团队致力于纳米复合结构的可控构筑和界面调控、第一性原理计算、低维钙钛矿材料合成及其光电性能等研究工作。

王前进，云南师范大学物理与电子信息学院教授，博/硕士生导师，云南省中青年学术与技术带头人，“兴滇英才支持计划”青年人才。目前主要从事光电材料及器件的实验和理论研究。主持国家自然科学基金3项、云南省自然科学基金面上项目1项，以第一/通讯作者在Chem. Eng. J.，Adv. Optical Mater.，Nanophotonics，IEEE Electron Device Letters，Appl. Phys. Lett.等国际著名期刊发表论文30余篇。 担任Adv. Funct. Mater.，Adv. Optical Mater.，Chem. Eng. J.，J. Phys. Chem. Lett.，J. Mater. Chem. C，ACS Appl. Nano Mater.等国际期刊审稿人。

谭秋红，云南师范大学物理与电子信息学院副教授，硕士生导师，云南省光电信息技术重点实验室骨干成员，入选云南省兴滇英才计划青年人才。主要从事：1) 钙钛矿/二维材料等光电材料及器件(光电探测器、铁电存储性能和光伏性能等)；2) 半导体薄膜、二维光电材料的可控制备及电学/光学等性质研究；3) 光电材料的第一性原理计算、电子存储器件的数值模拟。主持国家自然科学基金2项、云南省自然科学基金2项，发表SCI论文20余篇。

Zhang Q, Tan Q, Ding J, et al. High performance dual-band Bi₂O₂Se/CdS heterojunction photodetector for encrypted optical communication. Nano Research, 2025, 18(8): 94907550.

https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907550.