AM：基于非对称共振结构的3D立面光电探测器

【引言】

亚波长尺度的半导体结构具有显著的光共振特性，为操纵光与物质相互作用提供了可能性。本文介绍了一种结构和功能一体化的3D印刷方法，将传统2D平面构筑为3D立面微纳结构，实现了从2D到3D的结构和器件性能的提升。由于3D非对称矩形结构中较大的共振横截面，该立面光电探测器具有差异化的光-物质相互作用。单个3D立面光电探测器可以实现10°角分辨测量空间中光的入射角。三个和四个分支“叉状”立面探测器可实现空间全向角度的有效探测，对于3D光角度感应设备的开发具有重要意义，同时，该工作为三维微纳光电器件的设计和制备提供了新的思路。

【成果简介】

近日，中国科学院的宋延林研究员和苏萌助理研究员（共同通讯）在Adv. Mater.上发表了一篇题为 “Omnidirectional Photodetectors Based on Spatial Resonance Asymmetric Facade via a 3D Self-Standing Strategy” 的文章。在这项工作中，具有扩大的共振截面和不对称3D立面结构可以增强光-物质差异化相互作用，3D立面光电探测器实现了空间全向角度的有效探测，首次验证了结构与功能一体化3D印刷制造功能器件的新策略。

【图文导读】

图1 基于3D立面光电探测器

图2 立面PBDB-T：ITIC的3D印刷制造工艺和结构

a）金电极模板的制造过程。

b）3D印刷PBDB-T：ITIC立面阵列。

c）3D立面结构印刷相图。

图3 3D立面光电探测器的角度感应性能

a）3D正面和2D平面光电探测器的入射光角度探测模拟和实验结果。

b）3D立面在正常入射和掠射入射下示意图。

c）在四个入射角（θ= 0°，30°，60°，90°）下，立面上光吸收强度变化。

d，e）不同厚度立面结构的角度响应的模拟和实验结果。

图4 三维“叉状”立面探测器和光角度探测分析

a，c）三个分支和四个分支的3D立面光电探测器阵列。

b，d）两种“叉状”结构的入射光角度响应信息。

e）在全角度范围内的光入射和信号分析。

f）用于3D空间中入射光角度变化的电流响应图。 

【小结】

本工作首次通过操控液滴三维成型印刷制造具有非对称共振结构的立面型光探测器，实现了空间全角度的有效探测，验证了结构与功能一体化印刷制造新策略。由于立面结构中较大的不对称矩形共振截面增强了光-物质差异化相互作用，3D立面光电探测器具备全方位光角度探测能力，从而扩大了超表面纳米光子学中可用材料的范围，展示了其在机器人、人工智能等系统的潜在应用。

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

本文由材料人编辑部水手供稿，材料牛编辑整理。

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