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中科院半导体研究所高性能柔性宽光谱图像传感器研究获进展

  近日,中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室沈国震课题组在柔性宽光谱成像的研究中取得新进展。相关研究成果发表在Advanced Functional Materials上。

  宽光谱成像技术通常能对包含多个波段(如紫外、可见、近红外、中红外、远红外等)的环境或物体进行完整的探测和成像。在复杂环境中,由于能够获得多个波段的信息,宽光谱成像技术在目标探测和识别方面相比于单波段的成像技术具有巨大的优势。因此,这一技术在生物医学、犯罪侦查、矿物勘探、光学通讯和全天候监控等方面有广泛应用。然而,传统的宽光谱图像传感器通常是基于硅基等刚性衬底,存在难以弯曲、耐冲击能力较差、且不易携带等缺点,在一定范围内无法满足现在社会多元化的应用场景与需求。随着人们对柔性电子设备需求的日益增长,多种柔性传感器件已被陆续开发,如柔性温度传感器、压力传感器以及气体传感器等,柔性宽光谱图像传感器的开发对满足人们多元化的应用需求具有重要意义。

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  在此背景之下,沈国震课题组的博士生李禄东和助理研究员娄正采用两步气相沉积法,在宽带隙的n型Zn2SnO4(~3.6eV)纳米线表面修饰了窄带隙的p型SnS(~1.3eV)量子点,并以柔性的PET塑料薄膜为衬底,研制出一种柔性紫外-可见-近红外宽光谱图像传感器。研究发现,与纯的Zn2SnO4纳米线器件相比,SnS量子点修饰的Zn2SnO4纳米线器件具有更高的紫外响应以及拓宽到近红外的光谱响应范围,这归功于Zn2SnO4纳米线与SnS量子点之间形成的准II型异质结以及SnS量子点的窄带隙。由于该器件制作在柔性的PET薄膜衬底上,Zn2SnO4纳米线因其超高的长宽比而具有很好的韧性以及小至微米量级的曲率半径,因此该器件具有优异的可弯曲性和机械稳定性,即使经过5000次的弯曲循环也没有发生明显的性能衰减。在弯曲条件下,所制备的柔性宽光谱图像传感器能清晰识别出由红光和白光构成的目标图案,表明其在未来柔性宽光谱成像中的应用潜力。该项工作为获得高性能柔性宽光谱图像传感器提供了新的设计思路和可行性工艺。

  该项工作得到了国家杰出青年科学基金、中科院前沿科学重点研究项目、北京市自然科学基金等的支持。


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