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西工大新闻网3月21日电东赫)近日,西北工业大学柔性电子研究院(IFE)、柔性电子材料与器件工业和信息化部重点实验室黄维院士与瑞典林雪平大学Feng Gao教授、深圳大学Wenjing Zhang教授合作,在国际顶级期刊《自然电子学》(Nature Electronics)发表钙钛矿光电子领域重大进展“利用相同的两个钙钛矿二极管实现双向光信号传输”(Bidirectional optical signal transmission between two identical devices using perovskite diodes)。文章链接:http://dx.doi.org/10.1038/s41928-020-0382-3

双向的光信号传输通常需要两边各一组信号接收器与信号放射器。若将信号接收与发射功能集成到同一个器件上,可以有助于实现集成器件的小型化或更高密度的器件集成,降低成本,这一策略在传统III-V族半导体器件中得到了广泛的实施与应用。然而,对于溶液法加工的有机和量子点半导体而言,由于受到材料特性的限制始终难以实现。

铅卤化物钙钛矿是近些年来迅速发展起来的一类廉价且光电性能良好的半导体材料,并已经在发光二极管(LED)与光电探测器等领域展示出了不俗的性能。此外,钙钛矿材料具有非常小的斯托克斯位移,使得它们能够对自己发出的光进行响应。这些优良的性质满足了通过单一双功能(光发射/光检测)器件实现双向信号传输的前提条件。然而即便如此,制备同时具有高性能光发射与光响应的钙钛矿二极管器件依然是一个巨大的挑战。

针对这一科学难题,近日,西北工业大学柔性电子研究院(IFE)黄维院士与瑞典林雪平大学Feng Gao教授、深圳大学Wenjing Zhang教授联合报道了一种新型的双功能钙钛矿器件,其同时具备了目前为止钙钛矿领域最高效的发光性能 (发光外量子效率21%)与最灵敏的光检测性能 (检测限达到皮瓦级以下)。该器件可以通过调节偏压,实现两种功能的自由切换,此外,无论是作为发光还是光检测,该器件的响应速度都达到了兆赫兹(MHz)级别。基于这一兼具高性能与高响应速度的二极管器件,研究小组通过两个相同的器件实现了双向的信号传输功能,并验证了它们在实时脉搏监测的应用。

黄维院士指出,IFE与IAM团队作为国际上钙钛矿发光领域的开拓者之一,长期致力于钙钛矿发光材料的开发、机理的研究与新应用的探索。该工作得益于课题组前期在高效钙钛矿发光器件制备中的经验积累,包括“钙钛矿维度调控实现高效发光”(Nat. Photon.2016,10, 699)、“亚微米结构实现高效光提取” (Nature2018,562, 249)以及“高性能钙钛矿发光二极管的理性分子钝化” (Nat. Photon.2019,13, 418)等。此项研究成果再次拓展了钙钛矿材料在光电子领域的新应用。

以上研究工作得到了国家重大科学研究计划、国家自然科学基金委员会等的资助。

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