Uma plataforma para espectrômetros integrados baseada em solução

1º de agosto de 2023

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pela Academia Chinesa de Ciências

A aquisição de informações espectrais em tempo real em diagnóstico no local de atendimento, internet das coisas e outras aplicações de laboratório no chip requer espectrômetros com capacidade de heterointegração e recursos miniaturizados. Em comparação com os semicondutores convencionais integrados por heteroepitaxia, os semicondutores processáveis ​​em solução fornecem uma plataforma de integração muito flexível devido à sua processabilidade em solução e, portanto, são mais adequados para o sistema integrado multimaterial. No entanto, os semicondutores processáveis ​​em solução são geralmente incompatíveis com os processos de microfabricação, tornando-os longe do uso prático em várias aplicações de laboratório em chip.

Em um novo artigo publicado na Light: Science & Applications, uma equipe de cientistas liderada pelo Professor Qinghai Song do Laboratório Principal de Sistema de Informação Optoeletrônica Micro-Nano do Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação, Laboratório Principal Provincial de Guangdong de Materiais Optoeletrônicos Semicondutores e Sistemas Fotônicos Inteligentes , Harbin Institute of Technology (Shenzhen), China, propuseram uma plataforma fácil e universal para fabricar espectrômetros integrados com semicondutores processáveis ​​​​em solução, envolvendo sem precedentes o modo conjugado de estados ligados na fotônica do contínuo (BIC conjugado).

Especificamente, a exploração da fotônica BIC conjugada, que permanece inexplorada em estudos convencionais de laser, torna os fotodiodos de banda larga com capacidade de detecção de banda ultraestreita, ajuste de comprimento de onda de detecção e capacidade de integração no chip, garantindo ao mesmo tempo o desempenho do dispositivo. Espectrômetros baseados nesses arranjos de fotodiodos de banda ultraestreita exibem alta resolução espectral e largura de banda espectral ampla/ajustável.

Os processos de fabricação são compatíveis com fotodiodos semicondutores processáveis ​​em solução, como perovskitas e pontos quânticos, que podem ser potencialmente estendidos a semicondutores convencionais. Os sinais dos espectrômetros constituem diretamente os espectros incidentes sem serem intensivos em computação, sensíveis à latência ou intolerantes a erros. Por exemplo, espectrômetros integrados baseados em fotodiodos de perovskita são capazes de realizar reconstrução de luz de banda estreita/banda larga e imagens hiperespectrais in-situ. A plataforma relatada fornece informações sobre a construção de espectrômetros integrados com sistemas integrados multimateriais.

"Explorar o BIC conjugado não é convencional quando comparado com os estudos populares de laser BIC. Através do estudo teórico, descobrimos que o BIC conjugado apresenta alto vazamento e Q decente, embora possa ser facilmente excitado e acoplado. Considerando que o BIC conjugado fotônica pode ser facilmente fabricada e seus comprimentos de onda ressonantes podem ser efetivamente ajustados, prevemos que o BIC conjugado é muito adequado para aplicações de fotodetecção com resolução de comprimento de onda", afirmam os pesquisadores.

"Resolver os problemas na fabricação de matrizes de fotodiodos de perovskita e integrá-los à fotônica BIC conjugada por processos de microfabricação também é importante, uma vez que os materiais e as interfaces dos dispositivos podem ser facilmente destruídos durante os processos por solventes e calor. Também acreditamos que a plataforma de integração fotônica-optoeletrônica que propomos pode fornecer informações sobre a ampliação das funcionalidades e aplicações dos semicondutores processáveis ​​por solução emergentes, como as perovskitas", concluem os cientistas.