偏振敏感光電探測器能夠檢測多維光學(xué)信息，在光通信、偏振成像、機器視覺和軍事遙感等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)的無機半導(dǎo)體光電探測器盡管性能穩(wěn)定，但存在柔韌性差、制造工藝復(fù)雜和成本高等局限。此外，大多數(shù)偏振檢測系統(tǒng)依賴于額外的光學(xué)和機械部件，這增加了系統(tǒng)的整體尺寸和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，嚴(yán)重阻礙了光電子系統(tǒng)的微型化和集成化。因此，探索易于合成和制備的高性能替代材料，以實現(xiàn)小型化和成本效益的偏振敏感光電探測器，已成為必然選擇。

金屬鹵化物鈣鈦礦材料作為一種新型半導(dǎo)體材料，因其光電性能（如高吸收系數(shù)、可調(diào)帶隙和高載流子遷移率）以及易于合成和集成等優(yōu)點，在光電探測器、太陽能電池和激光等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。然而，鈣鈦礦材料的不穩(wěn)定性以及大多數(shù)偏振敏感鈣鈦礦光電探測器響應(yīng)時間長和長期穩(wěn)定性差等問題，限制了其實際應(yīng)用。微納光柵結(jié)構(gòu)的集成被認(rèn)為是實現(xiàn)高性能偏振敏感鈣鈦礦光電探測器的有前途的方法。這些結(jié)構(gòu)不僅能引入偏振敏感性，還能通過優(yōu)化光耦合效率、減少表面反射和增強光吸收來顯著提高光電探測器的性能。

該研究展示了一種高性能的自供能PSPPD，其優(yōu)異的性能主要歸功于埋柵結(jié)構(gòu)的光捕獲能力和光生載流子的高效提取與傳輸。

（1）PSPPD在532 nm波長下的外量子效率（EQE）達(dá)到93.93%，響應(yīng)度（R）為403 mA W?1，暗電流（Idark）低至5.95×10?1? A。

（2）響應(yīng)速度快，上升/下降時間均小于2 μs，具有優(yōu)異的高頻響應(yīng)能力，-3 dB頻率約為250 kHz，能夠檢測高達(dá)500 kHz的高速光信號。

（3）PSPPD展現(xiàn)出高消光比（1.68）和良好的偏振敏感性，能夠在0 V偏壓下檢測偏振光，且在不同波長下均能保持快速響應(yīng)。

（4）經(jīng)過120天的空氣暴露后，PSPPD在偏振成像和光通信系統(tǒng)中仍保持高效性能，顯示出良好的長期穩(wěn)定性。

場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、X射線衍射（XRD）、X射線光電子能譜（XPS）、紫外 - 可見光譜光度計、熒光光譜儀（PL）、時間分辨光致發(fā)光（TRPL）、光電流、暗電流、外量子效率（EQE）、響應(yīng)度（R）、穩(wěn)定性、探測率（D*）等。

圖1. a）具有埋柵結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦光電探測器的示意圖。b）在650 nm波長下，無埋柵結(jié)構(gòu)的光電探測器的FDTD模擬圖。c）在650 nm波長下，具有埋柵結(jié)構(gòu)的光電探測器的FDTD模擬圖。d）飛秒激光直寫處理ITO基底的示意圖。e）具有光柵結(jié)構(gòu)的ITO基底的光學(xué)照片。f）ITO基底光柵結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像的俯視圖。g）ITO基底光柵結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡（AFM）圖像及光柵尺寸圖。

圖2. a）光電探測器示意圖。b）PSPPD的能量級圖以及電子和空穴傳輸示意圖。c）當(dāng)光從ITO側(cè)入射時，具有光柵結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦層中不同波長光的傳播和載流子傳輸過程示意圖。d）在470 nm激光激發(fā)下，Cs0.15FA0.85PbI2.85Br0.15薄膜的光致發(fā)光（PL）光譜。e）光電探測器的外量子效率（EQE）。插圖：所制備PSPPD的實物圖。f）光電探測器的EQE和響應(yīng)度（R）穩(wěn)定性。g）光電探測器的暗電流（Idark）。h）光電探測器的探測率（D*）。i）在0 V偏壓下（650 nm，250 kHz）PSPPD的響應(yīng)時間。

圖3. a）PSPPDs偏振光檢測示意圖。b）偏振光檢測結(jié)果。c）偏振成像測試示意圖。d）偏振成像結(jié)果。

圖4. a）高速光通信測試系統(tǒng)。b）輸入編碼信號。c）光電探測器在初始時間對光信號的檢測結(jié)果。d）光電探測器在120天后對光信號的檢測結(jié)果。e）光電探測器對不同速率信號（單周期）的檢測結(jié)果。f）鈣鈦礦光電探測器在光通信中的性能比較。g）鈣鈦礦光電探測器在光通信中的通信速率比較。

圖 光探測器綜合測量系統(tǒng)FineDet 990

光探測器綜合測量系統(tǒng)FineDet 990，是東譜科技開發(fā)的光響應(yīng)器件特性綜合測試平臺，可根據(jù)需求選擇、定制功能，針對微納器件提供顯微系統(tǒng)，針對模組/陣列提供顯微+自動掃描測試系統(tǒng)等。測試功能模塊包括：（1）光譜響應(yīng)測試：光譜響應(yīng)度、外量子效率EQE、內(nèi)量子效率IQE；（2）探測器瞬態(tài)測試：上升、下降時間TRTF、3dB截止頻率、線性動態(tài)范圍LDR；（3）探測器噪聲測試：噪聲頻譜密度、噪聲等效功率NEP、探測率和比探測率D*；（4）伏安特性測試：IV單點測試、IV分段掃描測試、IV循環(huán)掃描測試；（5）探測器穩(wěn)定性測試：光譜響應(yīng)參數(shù)穩(wěn)定性、伏安特性參數(shù)穩(wěn)定性等。

▍引用文章

Buried Grating Enables Fast Response Self-Powered Polarization-Sensitive Perovskite Photodetectors for High-Speed Optical Communication and Polarization Imaging