解决方案可加工半导体促进集成光谱仪平台的发展
发布时间：2023-08-11 00:00:00 阅读数： 122
片上实验室应用（如护理点诊断、物联网等）需要具有异质集成能力和微型特性的光谱仪来获取实时光谱数据。与通过异质外延技术集成的传统半导体相比，溶液可加工半导体提供了一个通用性更强的集成平台，因此更适合多材料集成系统。
可溶液加工半导体促进集成光谱仪平台的发展
(a) 集成光谱仪的工作机制示意图。共轭-BIC 光电技术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。图片来源：李彦豪、蒋雄、陈一木、王雨涵、吴云凯、于德、王开阳、白赛、肖淑敏、宋青海
然而，由于溶液可加工半导体无法与微细加工技术配合使用，因此无法用于众多实验室芯片应用。
来自中国工业和信息化部微纳光电信息系统重点实验室、广东省半导体光电材料与智能光电系统重点实验室和哈尔滨工业大学（深圳）的研究人员在《光： 科学与应用》（Light: Science & Applications）杂志上发表的一项新研究中，提出了利用溶液处理发光二极管（SPD）制造集成光谱仪的简单而广泛的平台。
这种宽带光电二极管具有超窄带探测能力、探测波长可调节性和片上集成能力，同时通过特别利用共轭-BIC 光子学保持了器件性能。
高光谱分辨率和宽/可调光谱带宽是基于这些超窄带光电二极管阵列的光谱仪的两大特点。通过使其与包晶石和量子点等可溶液加工的半导体光电二极管兼容，有可能将制造程序扩展到传统半导体。
入射光谱立即由光谱仪信号构成，对计算要求不高，对延迟敏感，也不存在容错问题。例如，基于包晶体光电二极管的集成光谱仪能够实现原位高光谱成像和窄带/宽带光重建。发布的平台提供了利用多材料集成系统构建集成光谱仪的信息。
科学家们表示："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 具有较高的泄漏率和较好的 Q 值，同时易于激发和耦合。考虑到共轭 BIC 光子学可以方便地制造，其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。
他们总结说："解决制造包晶石光电二极管阵列的问题，并通过微型制造工艺将它们与共轭-BIC 光电子技术相结合也很重要，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。我们还认为，我们提出的光子-光电集成平台可以为拓宽包晶石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
Li, Y., et al. (2023) A platform for integrated spectrometers based on solution-processable semiconductors. Light: Science & Applications. doi:10.1038/s41377-023-01231-1
