合肥工业大学在钙钛矿波长探测器应用于全彩成像领域取得重要进展

近日，合肥工业大学微电子学院先进半导体器件与光电集成团队在光电子器件领域再次取得重要进展，成功研发了一种高精度的波长探测器，相关研究成果“A Simple-Structured Perovskite Wavelength Sensor for Full-Color Imaging Application”在国际纳米器件领域的重要期刊《纳米快报》上在线发表（Nano Lett., 2023, 23, 533-542）。我校微电子学院博士研究生付灿为论文第一作者，梁凤霞教授和罗林保教授为通讯作者。

波长探测器，也称为颜色探测器，由于其在区分波长方面的出色表现，被广泛用于生物仿生眼、安全监测和光谱仪等领域。以往报道的波长探测器通常利用滤波片和硅基光电探测器阵列集成获得，但这种滤波片辅助区分波长的策略限制了像素点的尺寸，不利于小型化。为了缩小像素点的尺寸，垂直堆叠结构的波长探测器陆续被提出，来检测红、绿、蓝三种光。然而，这种三层垂直结构导致红光的衰减严重从而造成波长分辨率低，并存在严重的色差。

图1.波长探测器结构图及相关测试结果。

针对上述技术难题，上述团队另辟蹊径，提出一种基于MAPbI3单晶中光子产生率（G）与入射波长的依赖关系的波长探测器，该器件同时具备定量分辨波长和颜色识别的功能。根据两个光电探测器的光电流比与入射光波长之间的关系，所开发的波长探测器可以准确区分265至860 nm的入射光波长，其分辨率小于1.5 nm（图1（a））。这种宽的波长检测范围和高分辨率是此类探测器的最佳值。此外，团队基于制备的MAPbI3波长探测器搭建了扫描成像系统（图1（b））。利用该系统可以构建出卡通图片的矩阵关系，这可以将图片信息通过光转化为特征电流值（图1（c））。然后，根据颜色相加的原理，可以得到混合光的色度坐标（x，y）和亮度。不仅如此，该器件还可以将原始彩色卡通图像完美地复现出来（图2）。鉴于其简单的结构和良好的器件性能，我们相信所开发的波长探测器可能在未来的全彩成像领域有潜在的应用。

图2.（a）原始彩色卡通图像。（b）被复现的卡通图像。

该研究得到了国家自然科学基金、安徽省重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。