中科院半導(dǎo)體所沈國震研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊，與香港科技大學(xué)范智勇教授課題組合作，采用在單晶Zn2SnO4納米線表面修飾ZnO量子點(diǎn)的方法，成功地研制出一種同時具備高光電導(dǎo)增益、低暗電流和快響應(yīng)速度等優(yōu)點(diǎn)的柔性紫外圖像傳感器。
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柔性電子技術(shù)是一種將電子器件和電路制作在柔性塑料或薄金屬基板上，從而使得電子器件具有一定的可彎曲性和部分延展性的新興電子技術(shù)。柔性電子器件以其獨(dú)特的可彎曲、質(zhì)量輕、可穿戴等特點(diǎn)及其高效、低成本的制造工藝，在信息、能源、醫(yī)療、國防等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。柔性電子技術(shù)有可能帶來一場電子技術(shù)革命，因而引起了全世界的廣泛關(guān)注并得到了迅速發(fā)展。
近日，中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沈國震研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊，與香港科技大學(xué)范智勇教授課題組合作，在柔性紫外成像的研究中取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在美國化學(xué)會期刊ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.7b00749）上。
作為對紫外光的重要應(yīng)用之一，紫外成像技術(shù)在犯罪偵查、漏油探測、火災(zāi)監(jiān)控以及高壓線路檢測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而傳統(tǒng)的紫外圖像傳感器一般都是基于硅基等剛性襯底，這就決定了其本身無法彎曲，體積較大不易攜帶，無法滿足現(xiàn)代多元社會對其在多個領(lǐng)域，如柔性電子領(lǐng)域的應(yīng)用需求。與硅基器件相比，柔性紫外圖像傳感器具有體積小、可彎曲甚至折疊等特點(diǎn)，因而可以和傳統(tǒng)的硅基器件形成互補(bǔ)，滿足現(xiàn)代社會多元化的需求。
圖1 ZnO量子點(diǎn)修飾的Zn2SnO4納米線在紫外光照下的載流子分離。(a, b)能帶圖；(c, d)納米線截面示意圖。
在上述背景下，該團(tuán)隊中的博士生李祿東和婁正助理研究員采用在單晶Zn2SnO4納米線表面修飾ZnO量子點(diǎn)的方法，成功地研制出一種同時具備高光電導(dǎo)增益、低暗電流和快響應(yīng)速度等優(yōu)點(diǎn)的柔性紫外圖像傳感器。該器件制作在柔性PET塑料薄膜襯底上，具有優(yōu)異的可彎曲性和機(jī)械穩(wěn)定性。
如圖1所示，由于Zn2SnO4納米線和ZnO量子點(diǎn)之間形成了II型異質(zhì)結(jié)，實(shí)現(xiàn)了光生電子和空穴的有效分離，從而顯著提高了其紫外光探測性能，使其光電導(dǎo)增益高達(dá)1.1×107，比探測率為9.0×1017 Jones，響應(yīng)時間僅為47 ms。此外他們還進(jìn)行了理論模擬，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。在彎曲條件下，所研制的柔性紫外圖像傳感器能夠有效地對紫外圖像進(jìn)行感應(yīng)并重現(xiàn)，如圖2所示，證明了其在高性能柔性紫外成像方面的潛在應(yīng)用價值。
圖2 (a, b) 柔性紫外圖像傳感器的光學(xué)照片; (c, d) 柔性紫外圖像傳感器在不同彎曲條件下的測試示意圖; (e, f) 柔性紫外圖像傳感器對應(yīng)的輸出圖像。
該項工作為獲得高性能柔性紫外圖像傳感器提供了一個新的設(shè)計思路和可行性工藝。經(jīng)過進(jìn)一步的研究和改進(jìn)，有望實(shí)現(xiàn)更高的像素集成度并為高性能柔性紫外成像在實(shí)際生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用帶來可能。
論文鏈接：
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.7b00749
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