宋延林课题组Adv. Mater：利用印刷技术制造三维光探测器

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亚波长尺度材料结构与光的共振作用，是操控光-物质相互作用的基础。相较于空间对称结构，非对称结构与不同入射角度光的共振作用差异性更加明显。这种共振作用的差异，决定了材料对光吸收的强弱，从而使其具有光角度识别的功能。将光电探测器的结构设计成能与光发生差异化共振的微纳结构，可以实现光角度的探测，从而拓宽光电探测器的功能。

图1. a) 立面型光探测器示意图。b) 立面上光吸收强度随入射光角度的变化。c) “三叉”型三维光探测器。d) 角度探测数据分析。

　　在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，中科院化学研究所绿色印刷重点实验室的科研人员近年来在印刷多维度、多功能器件方面开展了系统的研究。最近，他们通过操控液滴三维成型，印刷制造了具有非对称共振结构的立面型光探测器，实现了空间全向角度的有效探测，验证了结构与功能一体化印刷制造新策略。
　　光电聚合物(PBDB-T: ITIC)溶液滴加在预制电极模板上，通过模板的诱导和溶剂挥发，最终在相邻的金柱电极中间形成与电极等高（20微米），厚度200纳米的立面阵列。立面结构具有较大的共振截面，可以增大光角度引起的共振差异，进而显著提高光角度探测分辨率，可以实现入射角度10o差异的光探测。该策略避免了传统微加工方法的繁琐工艺，首次实现了结构与功能一体化的印刷制造。阵列中每个Au/PBDB-T: ITIC/Au结构构成一个独立的立面型光探测器单元(图1a)。立面上光吸收强度随入射光角度的变化而发生明显改变(图1b)。他们进一步将印刷微模板设计成“叉状”结构。对组合中三个立面探测器的光电流数据分析结果表明，这种三维“叉状”立面探测器实现了空间全向角度的有效探测(图1c和1d)。该工作为三维微纳光电器件的设计和制备提供了新的方法和思路。研究成果发表于近日出版的《先进材料》(Adv. Mater. 2020. DIO:10.1002/adma.201907280)上, 通讯作者是研究员宋延林和助理研究员苏萌，第一作者是博士生潘琪。


       文章来源：化学所
       宋延林 1989 年和1992 年于郑州大学化学系获得学士、硕士学位；1996 年于北京大学化学与分子工程学院获得博士学位，1996-1998 于清华大学化学系从事博士后研究；1998年进入中国科学院化学研究所，任副研究员、研究员。现任中国科学院绿色印刷重点实验室主任，研究员、博士生导师；北京航空航天大学、北京印刷学院兼职教授。主要从事信息功能材料、光子晶体与应用和绿色打印印刷材料与技术研究。