Advanced Functional Materials:基于硫化锑纳米线的宽光谱偏振光探测及偏振成像

宽光谱和超快速光响应偏振光探测器在图像传感器等领域具有广泛的应用,近年来已被广泛研究。Sb2S3具有低对称的晶体结构和特殊的电子能带结构,使得它可以作为宽光谱偏振光探测中的半导体输运层。

中国科学院半导体研究所魏钟鸣课题组和合作者通过硫辅助的物理气相沉积方法制备了高质量单晶Sb2S3纳米线。从实验和理论两方面系统地研究了Sb2S3纳米线的光学、振动和光电各向异性,并基于MSM型光电探测器实现了偏振成像的器件验证。

研究者通过XRD、HRTEM、EDS、Raman等表征手段进行了详细的表征,发现Sb2S3纳米线属于正交晶系且沿着晶体b轴择优生长,沿着a轴层状堆积。通过偏振光学显微镜、反射差分谱以及角分辨拉曼光谱观察到Sb2S3纳米线具有明显的光学和结构各向异性。基于此,研究者制备了Au/ Sb2S3/Au的MSM型光电探测器,探索其偏振光探测性能。结果显示Sb2S3探测器的响应为宽波段响应,可覆盖近红外和整个可见光波段(360-1550 nm)。在520 nm激光照射下光电探测器的响应上升时间为470μs,衰减时间为680μs。探测器在360、450、532、638、808、1064和1550 nm的线偏振光照下,二向色比值分别为1.09、2.36、2.10、2.54、1.84、1.67和1.02。

基于Sb2S3纳米线的光探测器在偏振光探测方面表现出很好的性能,研究者进一步探索了其在偏振成像中的原理性验证,通过成像系统对具有线偏振性的实物光源进行成像。结果表明,当光源的偏振方向平行于晶体的c轴时,获得图像的灰度值最高。这些结果表明,基于Sb2S3纳米线的光电探测器对偏振物体具有天然敏感性,可以用作图像传感器直接对偏振物体成像。

此项研究在图像传感领域,尤其是偏振传感方面具有潜在的应用前景。相关论文在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202006601)上,论文第一作者是博士生赵凯。