我校曾海波教授团队与陈钱教授团队合作成果发表在《纳米快报》

2018-12-05 08:36:35来源:材料学院 电光学院作者:徐晓宝编辑:崔玉萌阅读:2470设置

1120日,国际顶级期刊《纳米快报》(Nano Letters)在线刊登了我校曾海波教授团队和陈钱教授团队在“仿生探测与成像”领域的重要研究成果,论文题名为:Narrowband Perovskite Photodetector-Based Image Array for Potential Application in Artificial Vision(面向人工视觉的窄带钙钛矿探测器成像阵列)。论文链接为:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b03209。

近年来,智能仿生器件和系统已经进入了人们的工作和生活中,并正发挥着越来越重要的作用,如医护陪伴、机器人以及无人机等。其中,仿生探测成像主要是基于模拟人类视觉系统的智能电子感应器件。如何有效并快速地识别与反馈目标的形状、颜色和距离等信息,成为了评价该类器件与系统的关键重要指标。这种智能识别系统中重要的组成元器件就是特种功能光电探测器,目前多为SiInGaAs等宽光谱探测器作,它们虽然可以有效识别形状和距离,但对特征波段的识别必须依赖额外的二色棱镜或滤光薄膜,这就带来了加工过于复杂、系统过大、成本过高、频率分辨率不高、智能性不高等缺点。因此,如何实现广谱范围对特定波段有高分辨响应的窄带探测器,便成为了领域当前的主要目标之一。

近日,曾海波教授团队和陈钱教授团队报道了在整个可见光氛围内峰值可调半高宽20nm以下的窄带探测器,并演示了其人眼仿生智能探测与成像功能。首先,这项研究发展了一种冷冻干燥制膜工艺,制备出数十微米厚且厚度可控的CsPbBr3全无机钙钛矿半导体光电功能薄膜。然后,通过对表面电荷传输与复合的可控调节,获得了具备窄带探测功能的高性能探测器。该探测器实现了绿光波谱段内半高宽~12 nm的光电响应,这是当前响应谱最窄的探测器,意味着对频率的选择性最高。此外,探测率达到了1011琼斯,表明响应波段或频率的选择性并没有影响探测灵敏度。通过对CsPbBr3中的阴离子进行调节,可将此类高选择性窄带探测器拓展到从蓝光到红光的全可见光谱。为了探索这种高选择性窄带探测器模仿人眼视觉识别系统的可行性,设计并制备了基于该类探测器的成像阵列,并初步演示了类似于人眼的颜色和形状识别功能。

这项研究表明,相对于目前常用的基于单晶块体半导体的窄带探测器,钙钛矿薄膜窄带探测器制造工艺更加方便,可实现探测波长和频率更高的分辨率,因此在未来智能探测成像领域具有较好的应用潜力,该类图像阵列优异的形状和颜色识别能力为人眼视觉模拟识别系统提供了一种新的可能。

图一:人眼视觉系统及仿生模拟思路

图二:高选择性窄带探测器及其成像演示

该工作得到了国家重点专项、国家杰出青年基金、双一流学科平台建设等项目资助(61604074, 51572128, 51672132, 61725402)的支持。

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