使用鈣鈦礦二極管在兩個(gè)相同器件之間進(jìn)行雙向光信號(hào)傳輸
Nature Electronics ,VOL 3,March 2020, 156-164
將光信號(hào)的產(chǎn)生和接收集成到一個(gè)器件中（從而允許在兩個(gè)相同的器件之間進(jìn)行雙向光信號(hào)傳輸）在開(kāi)發(fā)小型化和集成化的光電器件中具有重要意義。然而，常規(guī)的可溶液處理的半導(dǎo)體具有固有的材料和設(shè)計(jì)限制，從而阻止它們用于制造具有高性能的這種器件。在這里，我們報(bào)告了一種高效的溶液處理鈣鈦礦二極管，該二極管能夠在發(fā)射和檢測(cè)模式下工作。該器件可以通過(guò)改變偏置方向在模式之間進(jìn)行切換，并且它以超過(guò)21％的外部量子效率和亞皮瓦級(jí)的光檢測(cè)極限顯示出光發(fā)射。兩種功能的操作速度都可以達(dá)到數(shù)十兆赫。得益于鈣鈦礦的小斯托克斯位移，我們的二極管在其峰值發(fā)射（〜804 nm）處具有很高的比探測(cè)率（大于2×10^12 Jones），從而允許兩個(gè)相同的二極管之間進(jìn)行光信號(hào)交換。為了說(shuō)明雙功能二極管的潛力，我們證明了它可以用于創(chuàng)建單片脈沖傳感器和雙向光通信系統(tǒng)。
雙功能鈣鈦礦二極管作為發(fā)光和檢測(cè)器件的示意圖
用作發(fā)光時(shí)鈣鈦礦二極管的特性
作為光電探測(cè)器工作時(shí)鈣鈦礦二極管的表征
鈣鈦礦二極管作為光檢測(cè)器對(duì)從另一個(gè)相同的，用作LED的二極管發(fā)出的光的光響應(yīng)特性
雙功能鈣鈦礦二極管在生物醫(yī)學(xué)和光學(xué)通信中的應(yīng)用演示
作者已經(jīng)證明，光信號(hào)發(fā)射器和接收器功能可以使用金屬鹵化物鈣鈦礦集成到一個(gè)器件中。可以通過(guò)更改偏置方向來(lái)可逆地切換器件的兩個(gè)功能。當(dāng)用作發(fā)光或光檢測(cè)裝置時(shí)，該二極管顯示出與最先進(jìn)的單功能鈣鈦礦器件相當(dāng)?shù)母咝阅堋?duì)鈣鈦礦發(fā)光器件的響應(yīng)速度進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，對(duì)于0.1mm2的器件，其響應(yīng)速度約為21MHz。鈣鈦礦二極管對(duì)同一個(gè)二極管發(fā)出的光具有很高的靈敏度，這為簡(jiǎn)化光電器件的集成提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。我們通過(guò)構(gòu)建基于兩個(gè)相同的鈣鈦礦二極管的單片脈沖傳感器系統(tǒng)和雙向光通信系統(tǒng)來(lái)證明這一點(diǎn)。此外，由于器件主要受寄生電容的限制，我們希望通過(guò)減小像素的尺寸可以進(jìn)一步提高器件的響應(yīng)速度。這將允許發(fā)展高速的顯示器到顯示器的通信或數(shù)據(jù)交換。這些特性，加上在各種無(wú)機(jī)襯底上的集成簡(jiǎn)便性以及與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的兼容性，使得這種雙功能鈣鈦礦二極管有望在未來(lái)的溶液處理光電集成電路中用于芯片間或芯片內(nèi)數(shù)據(jù)鏈路。
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