近日,合肥工業(yè)大學(xué)微電子學(xué)院先進(jìn)半導(dǎo)體器件與光電集成團(tuán)隊(duì)在光電子器件領(lǐng)域再次取得重要進(jìn)展,成功研發(fā)了一種高精度的波長探測器,相關(guān)研究成果“A Simple-Structured Perovskite Wavelength Sensor for Full-Color Imaging Application”在國際納米器件領(lǐng)域的重要期刊《納米快報(bào)》上在線發(fā)表(Nano Lett., 2023, 23, 533-542)。合工大微電子學(xué)院博士研究生付燦為論文第一作者,梁鳳霞教授和羅林保教授為通訊作者。
波長探測器,也稱為顏色探測器,由于其在區(qū)分波長方面的出色表現(xiàn),被廣泛用于生物仿生眼、安全監(jiān)測和光譜儀等領(lǐng)域。以往報(bào)道的波長探測器通常利用濾波片和硅基光電探測器陣列集成獲得,但這種濾波片輔助區(qū)分波長的策略限制了像素點(diǎn)的尺寸,不利于小型化。為了縮小像素點(diǎn)的尺寸,垂直堆疊結(jié)構(gòu)的波長探測器陸續(xù)被提出,來檢測紅、綠、藍(lán)三種光。然而,這種三層垂直結(jié)構(gòu)導(dǎo)致紅光的衰減嚴(yán)重從而造成波長分辨率低,并存在嚴(yán)重的色差。
圖1.波長探測器結(jié)構(gòu)圖及相關(guān)測試結(jié)果。
針對上述技術(shù)難題,上述團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑,提出一種基于MAPbI3單晶中光子產(chǎn)生率(G)與入射波長的依賴關(guān)系的波長探測器,該器件同時(shí)具備定量分辨波長和顏色識別的功能。根據(jù)兩個光電探測器的光電流比與入射光波長之間的關(guān)系,所開發(fā)的波長探測器可以準(zhǔn)確區(qū)分265至860 nm的入射光波長,其分辨率小于1.5 nm(圖1(a))。這種寬的波長檢測范圍和高分辨率是此類探測器的最佳值。此外,團(tuán)隊(duì)基于制備的MAPbI3波長探測器搭建了掃描成像系統(tǒng)(圖1(b))。利用該系統(tǒng)可以構(gòu)建出卡通圖片的矩陣關(guān)系,這可以將圖片信息通過光轉(zhuǎn)化為特征電流值(圖1(c))。然后,根據(jù)顏色相加的原理,可以得到混合光的色度坐標(biāo)(x,y)和亮度。不僅如此,該器件還可以將原始彩色卡通圖像完美地復(fù)現(xiàn)出來(圖2)。鑒于其簡單的結(jié)構(gòu)和良好的器件性能,我們相信所開發(fā)的波長探測器可能在未來的全彩成像領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用。
圖2.(a)原始彩色卡通圖像。(b)被復(fù)現(xiàn)的卡通圖像。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03932
新聞鏈接:http://news.hfut.edu.cn/info/1011/53188.htm
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