Eine Plattform für integrierte Spektrometer auf Basis lösungsverarbeitbarer Halbleiter

Die Erfassung von Spektralinformationen in Echtzeit in der Point-of-Care-Diagnose, im Internet der Dinge und anderen Lab-on-Chip-Anwendungen erfordert Spektrometer mit Heterointegrationsfähigkeit und miniaturisierten Funktionen. Im Vergleich zu herkömmlichen Halbleitern, die durch Heteroepitaxie integriert werden, bieten lösungsverarbeitbare Halbleiter aufgrund ihrer Lösungsverarbeitbarkeit eine weitaus flexiblere Integrationsplattform und eignen sich daher besser für das integrierte Multimaterialsystem. Allerdings sind lösungsverarbeitbare Halbleiter in der Regel nicht mit Mikrofertigungsprozessen kompatibel, sodass sie in verschiedenen Lab-on-Chip-Anwendungen weit von einem praktischen Einsatz entfernt sind.

In einem neuen Artikel veröffentlicht in Licht: Wissenschaft und Anwendungenein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Qinghai Song vom Key Lab of Micro-Nano Optoelectronic Information System des Ministry of Industry and Information Technology, Key Laboratory of Semiconductor Optoelectronic Materials and Intelligent Photonic Systems, Harbin Institute of Technology (Shenzhen), China schlugen eine einfache und universelle Plattform zur Herstellung integrierter Spektrometer mit in Lösung verarbeitbaren Halbleitern vor, indem sie auf beispiellose Weise den konjugierten Modus gebundener Zustände in die Kontinuumsphotonik (konjugierte BIC) einbezog.

Insbesondere durch die Ausnutzung der konjugierten BIC-Photonik, die in konventionellen Laserstudien noch unerforscht ist, werden die Breitband-Fotodioden mit der Fähigkeit zur ultraschmalbandigen Detektion, der Abstimmbarkeit der Detektionswellenlänge und der Fähigkeit zur On-Chip-Integration ausgestattet und gleichzeitig die Geräteleistung sichergestellt. Spektrometer, die auf diesen Ultraschmalband-Fotodiodenarrays basieren, weisen eine hohe spektrale Auflösung und eine große/abstimmbare spektrale Bandbreite auf.

Die Herstellungsprozesse sind mit lösungsverarbeitbaren Halbleiter-Fotodioden wie Perowskiten und Quantenpunkten kompatibel und können möglicherweise auf herkömmliche Halbleiter ausgeweitet werden. Signale von den Spektrometern stellen direkt die einfallenden Spektren dar, ohne rechenintensiv, latenzempfindlich oder fehlerintolerant zu sein. Beispielsweise sind integrierte Spektrometer auf Basis von Perowskit-Fotodioden in der Lage, schmalbandige/breitbandige Lichtrekonstruktionen und hyperspektrale In-situ-Bildgebung zu realisieren. Die berichtete Plattform bietet Einblicke in den Aufbau integrierter Spektrometer mit integrierten Multimaterialsystemen.

„Die Erforschung des konjugierten BIC ist im Vergleich zu den beliebten BIC-Laserstudien unkonventionell. Durch die theoretische Studie stellen wir fest, dass der konjugierte BIC eine hohe Leckage und ein gutes Q aufweist, während er leicht angeregt und gekoppelt werden kann. Wenn man bedenkt, dass der konjugierte BIC „Da Photonik einfach hergestellt und ihre Resonanzwellenlängen effektiv abgestimmt werden können, gehen wir davon aus, dass sich der konjugierte BIC sehr gut für wellenlängenaufgelöste Photodetektionsanwendungen eignet“, erklären die Forscher.

„Die Lösung der Probleme bei der Herstellung von Perowskit-Photodiodenarrays und deren Integration in die konjugierte BIC-Photonik durch Mikrofabrikationsprozesse ist ebenfalls wichtig, da die Materialien und Geräteschnittstellen der Geräte während der Prozesse durch Lösungsmittel und Hitze leicht zerstört werden können. Wir glauben auch.“ dass die von uns vorgeschlagene Photonik-Optoelektronik-Integrationsplattform Einblicke in die Erweiterung der Funktionalitäten und Anwendungen der neuen, durch Lösung verarbeitbaren Halbleiter wie Perowskite liefern kann“, schließen die Wissenschaftler.