基于二维钙钛矿(C4H9NH3)2PbI4的偏振敏感窄带光电探测器

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:oklizheng
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
光电探测器能够将光信号与电信号紧密联系,因此被广泛应用于光通信、生物成像、机器视觉等领域。其中,窄带光电探测器能够实现对光波长(频率)的鉴别,主要被应用于图像识别、生物标记等方向;而偏振敏感光电探测器则能够实现对光偏振态(振动方向)的检测,可被应用于遥感、光学雷达等领域。二者从光的不同维度进行探测,而偏振敏感窄带光电探测器可以同时实现窄带与偏振双维信息的探测。目前,窄带光电探测器和偏振敏感光电探测器分别借助于分光元件和偏振器件来实现其探测功能,存在结构复杂、体积庞大、制作工艺难、制作成本高等问题,并且在要求窄带和偏振同时探测时,往往需要双系统的耦合,使得整个设备更加复杂庞大。而结构简单、体积小、成本低的偏振敏感窄带光电探测器能够实现窄带与偏振探测功能的二合一。然而,无滤光片、结构简单且成本低廉的偏振敏感窄带光电探测器因缺乏适宜的材料一直未被成功制作。二维钙钛矿各向异性的导电性和其带隙内的自陷态激子有利于高性能的窄带光响应,且晶体面内、面外方向存在的较大光学各向异性使它能够产生偏振依赖的光响应。基于此,本研究利用二维钙钛矿材料(C4H9NH3)2PbI4成功制作了高性能的偏振敏感窄带光电探测器,实现了窄带与偏振探测功能的集成,并且使系统小型化、轻型化。本研究内容包括以下几个部分:(1)二维钙钛矿材料(C4H9NH3)2PbI4的制备与表征。首先,本研究通过溶液法成功制备互为同分异构体的二维钙钛矿(BA)2PbI4及(iso-BA)2PbI4晶体(分子式同为(C4H9NH3)2PbI4),再利用光学显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射谱、反射光谱和光致发光光谱等方式分别对它们进行基本的材料表征,确保得到纯相晶体,且其结晶质量佳、尺寸合适、稳定性好等。(2)基于二维钙钛矿材料(C4H9NH3)2PbI4实现窄带光电探测器及其阵列。首先,利用(iso-BA)2PbI4晶体内本征存在的自陷态激子辅助吸收作用和各向异性的电导率促进的窄带电荷收集效率,制作出性能优异的窄带光电探测器,使其能够实现光波长的选择功能。该探测器的光谱响应峰在552 nm处,峰值响应半高宽仅22 nm,峰值响应度达到0.55 A/W,峰值外量子效率为124%,峰值比探测率高达3.5×1011 Jones。并且,为了实现窄带探测的集成化,本研究进一步利用(BA)2PbI4晶体制作了高性能的窄带光电探测器阵列,其峰值响应波长为546 nm,响应半高宽为24 nm,响应度达1.56 A/W,外量子效率为350%,比探测率高达1011 Jones。除了能实现窄带探测外,阵列探测器还具备成像功能,它能够将波长选择与成像技术集成于一体。(3)基于二维钙钛矿材料(iso-BA)2PbI4实现偏振敏感窄带光电探测器。在已经实现窄带光电探测器的基础上,本研究再利用(iso-BA)2PbI4固有的单斜晶体结构及晶体面内、面外方向存在的较大光学各向异性制作出偏振敏感窄带光电探测器,它能够实现光波长选择功能的同时感知光的偏振态。其峰值响应波长为552 nm,光以45°斜入射角照射器件的情况下,线性二向色比为1.56,光响应峰值半高宽仅为20 nm,并且器件性能优异,峰值处外量子效率及比探测率分别可达114%和4.7×1010 Jones。
其他文献
从细观层次上看,混凝土是由骨料、砂浆以及两者之间的界面过渡区(Interfacial Transition Zone,简称ITZ)这三相构成的。与砂浆基质相比,ITZ通常具有较大的孔隙率,较高的水灰比和渗透性,以及较低的强度、韧性和弹性模量。它的力学性能严重影响混凝土的宏观断裂特性,且一定程度上决定着混凝土受载时的破坏形态。因此,开展ITZ的改性实验研究并基于改性方案研究ITZ改性对混凝土断裂特性
随着电子信息技术的不断进步,新一代电子元器件朝着高频化、集成化方向快速发展,电磁污染以及散热问题亟待解决。通过在电子元器件上贴装导热、吸波功能一体化聚合物基复合材料可有效减弱电磁干扰,移除多余热量。但在目前的报道中,兼顾导热吸波性能提升方法及机理分析的研究尚为不足。针对研究现状,本论文通过改变填料形貌及引入铝蜂窝骨架,制备出具有较高导热吸波性能的复合材料。具体工作内容如下:(1)以球形羰基铁粉、氧
随着世界经济的高速发展与工业水平的不断进步,各国汽车保有量也在持续上升。汽车工业的高速发展在促进人类社会进步的同时,不可避免地加剧了环境污染与能源短缺,因此各国法律法规对污染排放的要求越来越严格。传统的车载氧传感器只能实现对尾气中氧气含量的测量,却无法满足法规对于废气中氮氧化物的检测要求,而能够精确、快速检测氧浓度,实现空燃比与氮氧化合物浓度测量的氮氧传感器在控制尾气排放中将起到十分关键的作用。因
随着能源短缺和环境污染等全球性问题日益突出,可再生能源直流输电成为电力系统发展的主要方向。由于真空介质具有环境优好的优点,使得真空断路器逐渐成为中压配电领域的主要开断装置。燃弧过程真空电弧的形态分布特征会影响等离子体的输运特性,同时是弧后介质强度的恢复过程的初始条件,直接决定断路器能否成功开断故障电流,是设计断路器参数的重要考虑要素。相比于工频电弧,快速过零工况下等离子体往往来不及扩散,对弧后介质
跨视角图像地理定位任务是将描述未知地点的无人机视角或者地面视角的查询图像与参考数据集中带有GPS标签的卫星航拍图像进行匹配,从而确定查询图像的地理位置。然而,不同视角的图像之间存在的视觉差异给跨视角图像地理定位任务带来了挑战。本文针对无人机和地面两种视角下的图像地理定位任务,从特征提取和视角转换两个方面对跨视角图像地理定位任务进行了研究,主要研究内容如下:对于无人机视角图像地理定位任务,本文提出一
随着化石能源的大量消耗,人类文明的发展受到能源危机与环境污染等问题的严峻挑战。为应对挑战,以风能和太阳能为代表的可再生能源得到大规模开发利用。目前,开发利用可再生能源的主要途径是并网发电。这其中,并网逆变器是关键设备。为了在复杂电网环境下安全稳定运行,无源性概念被引入到并网逆变器的相关研究中。本质上,基于无源性设计的目的是在全频段内消除并网逆变器输出阻抗出现负阻成分的风险。本文旨在探索一套兼具通用
随着智能汽车时代的到来,车辆定位对于自动驾驶路线规划、车辆碰撞预警等具有重要意义,基于超宽带(UWB)通信的定位技术由于其厘米级的空间定位能力而受到越来越多的关注。在超宽带通信系统中,用于提供精确本振信号的频率合成器是最为复杂和关键的模块之一,同时车辆复杂恶劣的环境对频率合成器的噪声性能、可靠性等都提出了更为严格的要求。本文着眼于车辆定位中的UWB射频通信应用,设计并实现了一款基于低噪声环形压控振
渗透压差驱动的正渗透(FO)过程凭借其低能耗、高效率和低污染倾向等优势,近些年来受到大量的关注与深入的研究,并且在污水处理,海水淡化及食品加工等领域有广泛应用。然而高性能FO膜的缺乏在很大程度上限制了FO技术的进一步发展。由间苯二胺(MPD)和均苯三甲酰氯(TMC)在聚合物基底上通过界面聚合制备的薄膜复合膜(TFC)凭借其良好的化学稳定性和分离性能等优势受到研究者的青睐,成为目前主流的FO膜。然而
在复杂对抗环境中,目标和干扰成像过程是从混叠的点目标状态逐渐分离到呈现出外观特征。对红外目标的有效识别是实现精确打击的重要因素。从混叠状态尽早识别出目标和干扰的数目位置可为红外目标的识别提供更早期的信息,提高军事打击能力。本文研究了红外目标的抗人工干扰识别算法,主要工作如下:针对对抗初期,目标和干扰在像面混叠,无法分辨数目和位置信息的问题,本文提出了基于多帧粗精结合的空间邻近目标超分辨算法。该算法
免疫检查点阻断(Immune checkpoint blockade,ICB)疗法是通过解除免疫检查点对T淋巴细胞的免疫抑制,从而使宿主免疫系统重新识别和消灭肿瘤细胞。然而,ICB疗法的抗肿瘤作用在很大程度上取决于细胞毒性T淋巴细胞的浸润,这意味着T淋巴细胞浸润程度有限的“冷肿瘤”无法从这种治疗方法中受益。因此,迫切需要提高“冷”肿瘤对ICB疗法的响应率,进而提高ICB疗法的抗肿瘤效果。据报道,化