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窄带钙钛矿光电探测器的最新进展

导读 光电探测器是将输入的光信号转换成电子电路能够处理的电信号的器件。根据应用的吸收光谱窗口的检测宽度,光电探测器分为宽带光电探测器和窄...

光电探测器是将输入的光信号转换成电子电路能够处理的电信号的器件。根据应用的吸收光谱窗口的检测宽度,光电探测器分为宽带光电探测器和窄带光电探测器。广泛用于商业化的窄带光电探测器主要基于传统的半导体材料。然而,该类半导体材料大多需要外延生长来制备,并伴有严格的高温和高真空环境,制备工艺的复杂性限制了它们的大规模应用和在柔性器件中的使用。近年来,硫族化物材料的合成和器件结构设计方面取得了更多的技术进步,使得硫族化物光电探测器具有与传统光电探测器相当的性能。特别是通过各种窄带光电探测策略的设计和引入,例如电荷收集窄化效应、表面粗化效应、光活性和电屏蔽层策略、引入光学结构、电荷分离反转策略等,辉铜矿窄带光电探测器在10-50nm范围内实现了半峰全宽的优异检测,为未来窄带多光谱光电探测和其他新型应用展示了一条新途径。

本综述论文介绍了光电探测器的物理基础及其在窄带探测应用中的实现策略,以及基于硫族化物材料的窄带光电探测器的新机遇。综述从光电探测器的基本工作原理出发,介绍了光电探测器的常用器件结构和性能评价参数。为了给进一步研究窄带硫族化物光电探测器的新策略提供可行的参考,文章概述了基于传统半导体材料、有机半导体和胶体量子点等材料的窄带光电探测器的关键实现策略。在简要介绍硫族化物材料的核心特性后,系统地介绍了窄带硫族化物光电探测器的技术发展和最新研究策略。针对不同的窄带探测策略,阐明了它们的多种工作原理,展示了器件架构,并逐一分析了硫族化物窄带光电探测器的优势与局限性。报道的工作中,窄带硫族化物光电探测器可通过电荷收集窄化效应、表面粗化效应、光活性和电屏蔽层策略、光学结构引入(谐振微腔等)、电荷分离反转策略等来调控窄带光谱的外量子效率。此外,本文还展望了窄带硫族化物光电探测器在双波段光谱探测(主要在可见光和近红外波段)、宽窄带双功能探测融合、阵列集成与图像传感、结合计算光谱识别算法实现信息加密等领域的发展趋势。

随着对硫族化物材料性质的深入研究和窄带探测技术的快速发展,其他窄带硫族化物光电探测器近年来取得了重大进展,但在系统级应用、长期稳定性以及探测光谱的精细调节方面仍然存在许多新的机会。例如,在传输层上原位生长单晶硫族化物薄膜的方法可以有效减少硫族化物多晶薄膜的晶体结构缺陷,提高晶体质量,增强器件稳定性。此外,柔性硫族化物单晶薄膜技术与窄带探测技术的结合使窄带柔性硫族化物光电探测器在可穿戴市场得到广泛的应用。利用计算光谱识别算法集成多光谱探测的窄带硫族化物探测器阵列,可以满足多种识别检测应用的要求。综上所述,窄带硫属化物光电检测领域机遇与挑战并存,未来随着优异材料性能的研发和新型器件结构的引入并结合调控算法的系统集成,该方向将在相关领域大放异彩。

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