AM：基于非對稱共振結構的3D立面光電探測器

【引言】

亞波長尺度的半導體結構具有顯著的光共振特性，為操縱光與物質相互作用提供了可能性。本文介紹了一種結構和功能一體化的3D印刷方法，將傳統2D平面構筑為3D立面微納結構，實現了從2D到3D的結構和器件性能的提升。由于3D非對稱矩形結構中較大的共振橫截面，該立面光電探測器具有差異化的光-物質相互作用。單個3D立面光電探測器可以實現10°角分辨測量空間中光的入射角。三個和四個分支“叉狀”立面探測器可實現空間全向角度的有效探測，對于3D光角度感應設備的開發具有重要意義，同時，該工作為三維微納光電器件的設計和制備提供了新的思路。

【成果簡介】

近日，中國科學院的宋延林研究員和蘇萌助理研究員（共同通訊）在Adv. Mater.上發表了一篇題為 “Omnidirectional Photodetectors Based on Spatial Resonance Asymmetric Facade via a 3D Self-Standing Strategy” 的文章。在這項工作中，具有擴大的共振截面和不對稱3D立面結構可以增強光-物質差異化相互作用，3D立面光電探測器實現了空間全向角度的有效探測，首次驗證了結構與功能一體化3D印刷制造功能器件的新策略。

【圖文導讀】

圖1?基于3D立面光電探測器

圖2 立面PBDB-T：ITIC的3D印刷制造工藝和結構

a）金電極模板的制造過程。

b）3D印刷PBDB-T：ITIC立面陣列。

c）3D立面結構印刷相圖。

圖3 3D立面光電探測器的角度感應性能

a）3D正面和2D平面光電探測器的入射光角度探測模擬和實驗結果。

b）3D立面在正常入射和掠射入射下示意圖。

c）在四個入射角（θ= 0°，30°，60°，90°）下，立面上光吸收強度變化。

d，e）不同厚度立面結構的角度響應的模擬和實驗結果。

圖4?三維“叉狀”立面探測器和光角度探測分析

a，c）三個分支和四個分支的3D立面光電探測器陣列。

b，d）兩種“叉狀”結構的入射光角度響應信息。

e）在全角度范圍內的光入射和信號分析。

f）用于3D空間中入射光角度變化的電流響應圖。?

【小結】

本工作首次通過操控液滴三維成型印刷制造具有非對稱共振結構的立面型光探測器，實現了空間全角度的有效探測，驗證了結構與功能一體化印刷制造新策略。由于立面結構中較大的不對稱矩形共振截面增強了光-物質差異化相互作用，3D立面光電探測器具備全方位光角度探測能力，從而擴大了超表面納米光子學中可用材料的范圍，展示了其在機器人、人工智能等系統的潛在應用。

文獻鏈接：Omnidirectional Photodetectors Based on Spatial Resonance Asymmetric Facade via a 3D Self-Standing Strategy（Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.201907280）

本文由材料人編輯部水手供稿，材料牛編輯整理。

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