中科院半導體研究所高性能柔性寬光譜圖像傳感器研究獲進展

寬光譜成像技術(shù)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(huán)境或物體進行完整的探測和成像。在復雜環(huán)境中，由于能夠獲得多個波段的信息，寬光譜成像技術(shù)在目標探測和識別方面相比于單波段的成像技術(shù)具有巨大的優(yōu)勢。因此，這一技術(shù)在生物醫(yī)學、犯罪偵查、礦物勘探、光學通訊和全天候監(jiān)控等方面有廣泛應用。然而，傳統(tǒng)的寬光譜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(nèi)無法滿足現(xiàn)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，多種柔性件已被陸續(xù)開發(fā)，如柔性、壓力傳感器以及氣體傳感器等，柔性寬光譜圖像傳感器的開發(fā)對滿足人們多元化的應用需求具有重要意義。

在此背景之下，沈國震課題組的博士生李祿東和助理研究員婁正采用兩步氣相沉積法，在寬帶隙的n型Zn2SnO4(~3.6eV)納米線表面修飾了窄帶隙的p型SnS(~1.3eV)量子點，并以柔性的PET塑料薄膜為襯底，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(fā)現(xiàn)，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，這歸功于Zn2SnO4納米線與SnS量子點之間形成的準II型異質(zhì)結(jié)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，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，因此該器件具有優(yōu)異的可彎曲性和機械穩(wěn)定性，即使經(jīng)過5000次的彎曲循環(huán)也沒有發(fā)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清晰識別出由紅光和白光構(gòu)成的目標圖案，表明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新的設計思路和可行性工藝。