中国科学院化学研究所宋延林团队AOM:全印刷柔性Ge2Sb2Te5光探测器阵列用于红外探测和成像


 
红外光探测器由于其在光学传感、夜视系统、通信技术等方面的应用而引起了广泛的关注。光探测器单元的阵列化是实现红外成像的基础。印刷作为一种高效便捷的器件阵列化方法已经被应用于红外探测器的制备。目前,大多数基于印刷法制备的光探测器都存在阵列密度低、多材料界面难控等问题,严重制约了其光探测性能和成像上的应用。
 
近日, 中国科学院化学研究所绿色印刷重点实验室宋延林研究团队利用红外敏感材料 Ge 2Sb2Te5(GST )通过全印刷的方法制备了高密度柔性GST/Ag近红外光探测器阵列,实现了高灵敏的红外探测和红外成像的应用。该课题组利用GST在玻璃化转变温度(150 ℃)以上可流动这一特性,通过模板诱导的方式操控GST薄膜重构成型,得到一维GST微米线阵列。在GST阵列上调整模板取向,二次印刷电极阵列,得到GST/Ag红外光探测器阵列。该红外探测器阵列分辨率为1.6 ×105pixel cm-2, 是目前印刷法制备红外探测器的最高分辨率。在此基础上,可以将该探测器用于红外探测和成像(图1 )。
 
 
图1. 全印刷柔性近红外光电探测器及其在近红外成像中的应用
 
在GST 微线的印刷过程中,其宽度会随着印刷温度的增加而减小。在150到165℃温度范围内,可以获得2 到5 µm宽度的GST线。该工作采用宽度为5 µm的GST微米线,以实现GST/Ag界面处光生载流子的高效提取。基于GST一维线结构和GST/Ag界面的调控,该柔性近红外光电探测器阵列中每个像素单元都具备良好的近红外光电响应。在功率为0.2 nW 的980 nm激光辐照下,GST光电探测器的光响应度为6.7×104W/A ,远高于其它硫族材料的近红外响应性能。基于该印刷方法的普适性,光探测器阵列可以印刷在柔性基材上。当近红外光电探测器处于曲率半径分别为6 mm和8 mm的弯曲状态时,其光电流并没有明显变化。而且,阵列中每个像素点的响应性一致,证明了全印刷柔性近红外光电探测器优异的机械鲁棒性和稳定性(图2)。
 
 
图2. 全印刷近红外光探测器的 结构调控和光电性能
 
 
此外,他们制备了柔性可穿戴近红外探测器手环。该手环可以对空间任意方向的红外光产生灵敏且稳定的光响应,实现了空间全向近红外信号的检测(图3 )。这种全印刷加工方法为柔性光探测器的制造提供了有效途径,也展示出其在柔性智能器件上的应用前景。
 
 
 
图3 . 全方位近红外检测手环