西北工業大學黃維院士團隊《自然•電子學》:鈣鈦礦光電子領域研究取得突破

近日,西北工業大學柔性電子研究院(IFE)、柔性電子材料與器件工業和信息化部重點實驗室黃維院士與瑞典林雪平大學Feng Gao教授、深圳大學Wenjing Zhang教授合作,在國際頂級期刊《自然•電子學》(Nature Electronics)發表鈣鈦礦光電子領域重大進展“利用相同的兩個鈣鈦礦二極管實現雙向光信號傳輸”(Bidirectional optical signal transmission between two identical devices using perovskite diodes)。

重大進展!西北工業大學黃維院士團隊《自然•電子學》:鈣鈦礦光電子領域研究取得突破

雙向的光信號傳輸通常需要兩邊各一組信號接收器與信號放射器。若將夠將信號接收與發射功能集成到同一個器件上,可以有助於實現集成器件的小型化或更高密度的器件集成,降低成本,這一策略在傳統III-V族半導體器件中得到瞭廣泛的實施與應用。然而,對於溶液法加工的有機和量子點半導體而言,由於受到材料特性的限制始終難以實現。

鉛鹵化物鈣鈦礦是近些年來迅速發展起來的一類廉價且光電性能良好的半導體材料,並已經在發光二極管(LED)與光電探測器等領域展示出瞭不俗的性能。此外,鈣鈦礦材料具有非常小的斯托克斯位移,使得它們能夠對自己發出的光進行響應。這些優良的性質滿足瞭通過單一雙功能(光發射/光檢測)器件實現雙向信號傳輸的前提條件。然而即便如此,制備同時具有高性能光發射與光響應的鈣鈦礦二極管器件依然是一個巨大的挑戰。

針對這一科學難題,近日,西北工業大學柔性電子研究院(IFE)黃維院士與瑞典林雪平大學Feng Gao教授、深圳大學Wenjing Zhang教授聯合報道瞭一種新型的雙功能鈣鈦礦器件,其同時具備瞭目前為止鈣鈦礦領域最高效的發光性能 (發光外量子效率21%)與最靈敏的光檢測性能 (檢測限達到皮瓦級以下)。該器件可以通過調節偏壓,實現兩種功能的自由切換,此外,無論是作為發光還是光檢測,該器件的響應速度都達到瞭兆赫茲(MHz)級別。基於這一兼具高性能與高響應速度的二極管器件,研究小組通過兩個相同的器件實現瞭雙向的信號傳輸功能,並驗證瞭它們在實時脈搏監測的應用。

重大進展!西北工業大學黃維院士團隊《自然•電子學》:鈣鈦礦光電子領域研究取得突破

黃維院士指出,IFE與IAM團隊作為國際上鈣鈦礦發光領域的開拓者之一,長期致力於鈣鈦礦發光材料的開發、機理的研究與新應用的探索。該工作得益於課題組前期在高效鈣鈦礦發光器件制備中的經驗積累,包括“鈣鈦礦維度調控實現高效發光”(Nat. Photon. 2016, 10, 699)、“亞微米結構實現高效光提取” (Nature 2018, 562, 249)以及“高性能鈣鈦礦發光二極管的理性分子鈍化” (Nat. Photon. 2019, 13, 418)等。此項研究成果再次拓展瞭鈣鈦礦材料在光電子領域的新應用。

以上研究工作得到瞭國傢重大科學研究計劃、國傢自然科學基金委員會等的資助。

文章鏈接如下:

http://dx.doi.org/10.1038/s41928-020-0382-3

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