En perovskitbaseret diode, der er i stand til både lysemission og detektion

Lyskilder og detektorer er nøglekomponenter i utallige teknologiske enheder på markedet i dag. For eksempel, lysdioder (LED'er) bruges ofte som lyskilde i displays og andre teknologier, mens fotodioder bruges til at detektere lys i sensorer, billedbehandling og fiberoptisk kommunikationsværktøj.

Eksisterende lyskilder og detektorer omfatter to forskellige typer enheder med markant forskellige funktioner. Udvikling af en enhed, der både kan generere og registrere lys, imidlertid, kunne muliggøre design af mindre og smartere teknologier.

Forskere ved Linköpings universitet i Sverige, Shenzhen Universitet og flere andre universiteter i Kina har for nylig fremstillet en effektiv diode, der er i stand til både at udsende og detektere lys. Denne nye enhed, præsenteret i et papir offentliggjort i Naturelektronik , blev bygget ved hjælp af et løsningsforarbejdet perovskitmateriale.

"Hvis vi havde en dobbeltfunktionel enhed, der effektivt kunne udsende og detektere lys, vi kunne bruge en enkelt enhed til at udføre det arbejde, der typisk kræver to konventionelle enheder, "Feng Gao, hovedforsker på undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Dette kunne ikke kun reducere, hvor meget enheder koster, men også lette integrationen af ​​lyskilder og detektorer i optoelektroniske chips. "

I en tidligere undersøgelse omtalt i Natur fotonik , Gao og hans kolleger identificerede en mekanisme kendt som 'passiveringseffekten' i perovskitfilm, som er nye materialer, der bruges til at bygge lysdioder. De designede derefter en effektiv passivator (dvs. et stof, der kan reparere defekterne i halvleder) og brugte det til at forbedre kvanteeffektiviteten af ​​nær infrarøde perovskit -lysdioder til over 21%.

"Baseret på dette tidligere arbejde, vi undersøgte yderligere lysdetekteringsfunktionen for disse enheder og fandt ud af, at de også viser bemærkelsesværdig fotodetekteringsydelse, "Chunxiong Bao, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte TechXplore. "I vores seneste undersøgelse, vi fokuserede vores indsats på samtidig at forbedre lysemitterings- og detekteringsydelsen for perovskitbaserede dioder, demonstrere deres gennemførlighed som effektive lysemitterende og detekterende "to-i-en" -enheder. "

Perovskitmaterialet, som Gao, Bao og deres kolleger plejede at bygge deres diode har flere unikke fotoelektriske egenskaber. Ud over en høj fotoluminescens kvanteeffektivitet (PLQE), som er ideel til udvikling af højtydende lysdioder, materialet har en høj absorptionskoefficient, muliggør fotodetektion.

Materialet udviser også en høj bærermobilitet og kan således bruges til at fremstille film af forskellige tykkelser. Endelig, forskerne observerede et stort overlap mellem perovskitens absorption og fotoluminescensspektre. Det betyder, at materialet også kan absorbere det lys, der udsendes af sig selv.

Kombineret, alle disse egenskaber muliggør oprettelse af højtydende lysdioder og fotodetektorer, baseret på den samme plane forbindelsesstruktur. Med andre ord, disse egenskaber er det, der i sidste ende tillod Gao, Bao og deres kolleger til at oprette en enkelt enhed, der både kan udsende og registrere lys.

Dioden, de udviklede, viste sig at opnå lysemission med en ekstern kvanteeffektivitet på over 21% og en lysdetekteringsgrænse i subpicowatt -skalaen. Det kan også nå driftshastigheder på titalls megahertz både ved udsendelse og detektering af lys, udfører bemærkelsesværdigt godt på hver funktion. I øvrigt, når den bruges som detektor, enheden er også følsom over for det lys, der udsendes af sig selv.

"Det er meget udfordrende for konventionelle løsningsforarbejdede halvledere at bruge som højtydende dobbeltfunktionel enhed, "Forklarede Bao." Tag organisk halvleder og kolloidal kvantepunkt for eksempler. Organiske halvledere viser altid meget lille overlapning mellem absorptions- og fotoluminescensspektrene, så de viser svag absorption af lys, der udsendes fra det samme materiale, mens kolloidale quantum dot LED'er altid er baseret på meget tynd quantum dot film på grund af den meget lave transportøregenskab, så deres lysabsorbering er meget svag. "

Forskerne er blandt de første til at introducere en perovskitbaseret diode, der samtidigt kan fungere som en lysemission og en lysdetekteringsenhed, skifte mellem disse funktioner og alligevel præstere bemærkelsesværdigt godt i begge. I fremtiden, den enhed, de udviklede, kunne bruges til at skabe mindre elektronik, der kan bruges som både lyskilder og detektorer. I deres papir, Gao, Bao og deres kolleger skitserer to mulige applikationer til dioden, viser, hvordan den kan bruges til at bygge en monolitisk pulssensor og i tovejs optisk kommunikation.

"Vi planlægger nu at forbedre enhedens reaktionshastighed og levetid yderligere og studere præstationsevnen for perovskit -LED for synligt lys for at udvide applikationen til synligt lysområde, "Sagde Bao.

© 2020 Science X Network