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半導體所在高性能柔性寬光譜成像研究方面取得新進展

2017-12-08

最近,中國科學院半導體研究所半導體超晶格國家重點實驗室沈國震課題組在柔性寬光譜成像的研究中取得新進展。

寬光譜成像技術通常能對包含多個波段(如紫外、可見、近紅外、中紅外、遠紅外等)的環境或物體進行完整的探測和成像。在一個復雜的環境中,由于能夠獲得多個波段的信息,寬光譜成像技術在目標探測和識別方面相比于單波段的成像技術具有巨大的優勢。因此,這一技術在生物醫學、犯罪偵查、礦物勘探、光學通訊和全天候監控等方面有著廣泛的應用。然而傳統的寬光譜圖像傳感器通常是基于硅基等剛性襯底,存在難以彎曲、耐沖擊能力較差、且不易攜帶等缺點,在一定范圍內無法滿足現在社會多元化的應用場景與需求。隨著人們對柔性電子設備需求的日益增長,多種柔性傳感器件已經被陸續開發出來,比如柔性溫度傳感器、壓力傳感器以及氣體傳感器等,因此柔性寬光譜圖像傳感器的開發對滿足人們多元化的應用需求具有重要的意義。

在此背景之下,沈國震課題組的博士生李祿東和婁正助理研究員采用兩步氣相沉積法,在寬帶隙的nZn2SnO4~3.6 eV)納米線表面修飾了窄帶隙的pSnS~1.3 eV)量子點,并以柔性的PET塑料薄膜為襯底,成功地研制出一種柔性紫外-可見-近紅外寬光譜圖像傳感器。研究發現,與純的Zn2SnO4納米線器件相比,SnS量子點修飾的Zn2SnO4納米線器件具有更高的紫外響應以及拓寬到近紅外的光譜響應范圍,這主要歸功于Zn2SnO4納米線與SnS量子點之間形成的準II型異質結以及SnS量子點的窄帶隙。由于該器件制作在柔性的PET薄膜襯底上,而且Zn2SnO4納米線因其超高的長寬比而具有很好的韌性以及小至微米量級的曲率半徑,所以該器件具有優異的可彎曲性和機械穩定性,即使經過5000次的彎曲循環也沒有發生明顯的性能衰減。在彎曲條件下,所制備的柔性寬光譜圖像傳感器能夠清晰識別出由紅光和白光構成的目標圖案,表明了其在未來柔性寬光譜成像中的應用潛力。該項工作為獲得高性能柔性寬光譜圖像傳感器提供了一個新的設計思路和可行性工藝。

該項工作得到了國家杰出青年科學基金、中國科學院前沿科學重點研究項目、北京市自然科學基金等項目的支持。研究成果近期發表在Advanced Functional MaterialsDOI: 10.1002/adfm.201705389)期刊上。

全文鏈接://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201705389/ful



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