近日，永利集团先进半导体器件与光电集成团队在光电子器件领域再次取得重要进展，他们研发了一种高精度的波长探测器，相关研究成果“A Simple-Structured Perovskite Wavelength Sensor for Full-Color Imaging Application”在国际纳米器件领域的重要期刊《纳米快报》上在线发表（Nano Lett., 2023, 23, 533-542）。永利集团博士研究生付灿为论文第一作者，梁凤霞教授和罗林保教授为通讯作者。
波长探测器，也称为颜色探测器，由于其在区分波长方面的出色表现，被广泛用于生物仿生眼、安全监测和光谱仪等领域。以往报道的波长探测器通常利用滤波片和硅基光电探测器阵列集成获得，但这种滤波片辅助区分波长的策略限制了像素点的尺寸，不利于小型化。为了缩小像素点的尺寸，垂直堆叠结构的波长探测器陆续被提出，来检测红、绿、蓝三种光。然而，这种三层垂直结构导致红光的衰减严重从而造成波长分辨率低，并存在严重的色差。本论文基于MAPbI3单晶中光子产生率（G）与入射波长的依赖关系开发了一种简单结构的波长探测器（如图1（a）插图），该探测器同时具备定量地分辨波长和颜色识别的功能。根据两个光电探测器的光电流比与入射光波长之间的关系，所开发的波长探测器可以准确区分265至860 nm的入射光波长，其分辨率小于1.5 nm（如图1 （a））。这种宽的波长检测范围和高分辨率是此类探测器的最佳值。
图1. 波长探测器结构图及相关测试结果
此外，通过自建的扫描成像系统（如图1（b））成功地将卡通图像显示出来。具体如下：卡通图像由16×13像素点的组成，这样一个波长探测器可以获得三个原始光电流矩阵[Ix]16×13（x=1、2和3）。图1（c）显示了原始光电流矩阵[Ix]16×13中任意a-h区域的电流值。如图1（d）所示，根据参数化理论计算出相应的三个单色光（436、546和700 nm）的光强度。然后，根据颜色相加的原理，可以得到混合光的色度坐标（x，y）和亮度。图1（e）显示了根据图1（d）中的结果计算出的相应混合光的色度坐标值。最终，原始彩色卡通图像（如图2（a））通过Matlab软件中的图像处理功能被复现出来（如图2（b））。鉴于其简单的结构和良好的器件性能，我们相信所开发的波长探测器可能在未来的全彩成像领域有潜在的应用。
图2. （a）原始彩色卡通图像 （b）被复现的卡通图像
该研究得到了国家自然科学基金、安徽省重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。
论文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03932
（付灿/文/图 赵金华/审核）
