Платформа для интегрированных спектрометров на основе решения

1 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Китайской академии наук

Для сбора спектральной информации в режиме реального времени при диагностике на месте, в Интернете вещей и других приложениях «лаборатории на кристалле» требуются спектрометры с возможностью гетероинтеграции и миниатюрными функциями. По сравнению с обычными полупроводниками, интегрированными с помощью гетероэпитаксии, полупроводники, обрабатываемые в растворе, обеспечивают гораздо более гибкую платформу интеграции благодаря их технологичности в растворе и, следовательно, больше подходят для интегрированной системы из нескольких материалов. Однако полупроводники, обрабатываемые в растворе, обычно несовместимы с процессами микропроизводства, что делает их далекими от практического использования в различных лабораторных приложениях.

В новой статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, группа ученых под руководством профессора Цинхая Сун из ключевой лаборатории микро-нано оптоэлектронной информационной системы Министерства промышленности и информационных технологий, ключевой лаборатории полупроводниковых оптоэлектронных материалов и интеллектуальных фотонных систем провинции Гуандун , Харбинский технологический институт (Шэньчжэнь), Китай, предложили простую и универсальную платформу для изготовления интегрированных спектрометров с полупроводниками, обрабатываемыми в растворе, путем беспрецедентного использования сопряженного режима связанных состояний в континуальной фотонике (сопряженный BIC).

В частности, использование фотоники сопряженного BIC, которая остается неисследованной в традиционных исследованиях лазерной генерации, придает широкополосным фотодиодам способность сверхузкополосного обнаружения, возможность настройки длины волны обнаружения и возможность интеграции на кристалле, обеспечивая при этом производительность устройства. Спектрометры на основе этих сверхузкополосных фотодиодных матриц обладают высоким спектральным разрешением и широкой/перестраиваемой спектральной полосой пропускания.

Процессы изготовления совместимы с полупроводниковыми фотодиодами, обрабатываемыми в растворе, такими как перовскиты и квантовые точки, которые потенциально могут быть распространены на обычные полупроводники. Сигналы спектрометров непосредственно составляют спектры падающего сигнала, не требуя при этом больших вычислительных ресурсов, чувствительности к задержке или нетерпимости к ошибкам. Например, интегрированные спектрометры на основе перовскитных фотодиодов способны осуществлять реконструкцию узкополосного/широкополосного света и гиперспектральную визуализацию in-situ. Сообщаемая платформа дает представление о создании интегрированных спектрометров с интегрированными системами из нескольких материалов.

«Исследование сопряженного BIC является нетрадиционным по сравнению с популярными исследованиями генерации BIC. В ходе теоретического исследования мы обнаружили, что сопряженный BIC испытывает высокие утечки и приличную добротность, в то время как его можно легко возбудить и соединить. Учитывая, что сопряженный BIC Если фотонику можно легко изготовить, а ее резонансные длины волн можно эффективно настроить, мы ожидаем, что сопряженный BIC очень подходит для приложений фотодетектирования с разрешением по длине волны», — заявляют исследователи.

«Решение проблем изготовления перовскитных фотодиодных матриц и их интеграции с фотоникой сопряженного BIC с помощью процессов микропроизводства также важно, поскольку материалы и интерфейсы устройств могут быть легко разрушены во время процессов под действием растворителей и тепла. Мы также считаем, что что предложенная нами платформа интеграции фотоники и оптоэлектроники может дать представление о расширении функциональных возможностей и применения новых полупроводников, перерабатываемых в растворе, таких как перовскиты», - заключают ученые.