基于可溶液加工半导体的集成光谱仪平台
发布时间：2023-08-02 08:00:00 阅读数： 126
集成光谱仪的工作原理。(a) 集成光谱仪的工作机制示意图。共轭-BIC 光子和组合波导与包晶光电二极管阵列平面集成。特定波长的单色光可以耦合到波导中，并传播到相应的光电二极管，从而获得超窄带响应。(b) 构成集成光谱仪的超窄带光电二极管的顶视 SEM 图像。放大的 SEM 图像：光栅的细节。(c) 我们的机制（上图）与传统机制（中图和下图）的原理图比较。曲线表示不同波长的光产生的光电载流子密度。资料来源：Light： 科学与应用》（2023 年）。DOI: 10.1038/s41377-023-01231-1
要在护理点诊断、物联网和其他片上实验室应用中获取实时光谱信息，需要光谱仪具备异质集成能力和微型化特性。与传统的异质外延集成半导体相比，溶液可加工半导体因其溶液可加工性而提供了一个更为灵活的集成平台，因此更适用于多材料集成系统。然而，溶液可加工半导体通常与微制造工艺不兼容，因此在各种实验室芯片应用中远未得到实际应用。
光： 中国哈尔滨工业大学（深圳）微纳光电信息系统工业和信息化部重点实验室、广东省半导体光电材料与智能光电系统重点实验室宋清海教授领导的科学家团队，通过前所未有地利用连续体中束缚态的共轭模式（共轭-BIC）光子学，提出了一种利用溶液可加工半导体制造集成光谱仪的简便通用平台。
具体地说，利用共轭束缚态光子学（传统激光研究中尚未开发），可使宽带光电二极管具有超窄带检测能力、检测波长可调谐性以及片上集成能力，同时确保器件性能。基于这些超窄带光电二极管阵列的光谱仪具有高光谱分辨率和宽/可调谐光谱带宽。
其制造工艺与过氧化物和量子点等可溶液加工的半导体光电二极管兼容，并有可能扩展到传统半导体。光谱仪发出的信号可直接构成入射光谱，而无需密集计算、延迟敏感或容错。例如，基于包晶体光电二极管的集成光谱仪能够实现窄带/宽带光重建和原位高光谱成像。所报告的平台为构建多材料集成系统的集成光谱仪提供了启示。
"与那些流行的 BIC 激光研究相比，对共轭 BIC 的探索是非常规的。通过理论研究，我们发现共轭 BIC 具有较高的漏电率和较低的 Q 值，同时易于激发和耦合。考虑到共轭-BIC 光子学可以很容易地制造，而且它们的谐振波长可以有效地调整，我们预计共轭-BIC 非常适合波长分辨光探测应用，"研究人员说。
研究人员指出："通过微型制造工艺解决制造包晶石光电二极管阵列并将其与共轭-BIC 光电技术相结合的问题也很重要，因为在制造过程中，器件的材料和器件接口很容易被溶剂和热量破坏。科学家们总结说："我们还认为，我们提出的光子学-光电子学集成平台可以为拓宽包光体等新兴溶液可加工半导体的功能和应用提供启示。
参考资料
Yanhao Li et al, A platform for integrated spectrometers based on solution-processable semiconductors, Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01231-1
