Une plateforme de spectromètres intégrés basée sur une solution

1 août 2023

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par l'Académie chinoise des sciences

L'acquisition d'informations spectrales en temps réel dans le diagnostic sur le lieu d'intervention, l'Internet des objets et d'autres applications de laboratoire sur puce nécessite des spectromètres dotés d'une capacité d'hétéro-intégration et de fonctionnalités miniaturisées. Comparés aux semi-conducteurs conventionnels intégrés par hétéroépitaxie, les semi-conducteurs traitables en solution fournissent une plate-forme d'intégration très flexible en raison de leur aptitude au traitement en solution et sont donc plus adaptés au système intégré multi-matériaux. Cependant, les semi-conducteurs traitables en solution sont généralement incompatibles avec les processus de microfabrication, ce qui les rend loin d'être utilisés en pratique dans diverses applications de laboratoire sur puce.

Dans un nouvel article publié dans Light: Science & Applications, une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Qinghai Song du laboratoire clé du système d'information optoélectronique micro-nano du ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information, du laboratoire clé provincial du Guangdong sur les matériaux optoélectroniques semi-conducteurs et les systèmes photoniques intelligents. , Harbin Institute of Technology (Shenzhen), Chine ont proposé une plate-forme simple et universelle pour fabriquer des spectromètres intégrés avec des semi-conducteurs traitables en solution en impliquant sans précédent le mode conjugué des états liés dans la photonique du continuum (BIC conjugué).

Plus précisément, l'exploitation de la photonique BIC conjuguée, qui reste inexplorée dans les études laser conventionnelles, confère aux photodiodes à large bande une capacité de détection à bande ultra-étroite, une accordabilité de la longueur d'onde de détection et une capacité d'intégration sur puce tout en garantissant les performances du dispositif. Les spectromètres basés sur ces réseaux de photodiodes à bande ultra-étroite présentent une résolution spectrale élevée et une bande passante spectrale large/accordable.

Les processus de fabrication sont compatibles avec les photodiodes semi-conductrices traitables en solution, telles que les pérovskites et les points quantiques, qui peuvent potentiellement être étendues aux semi-conducteurs conventionnels. Les signaux des spectromètres constituent directement les spectres incidents sans être gourmands en calculs, sensibles à la latence ou intolérants aux erreurs. À titre d’exemple, les spectromètres intégrés basés sur des photodiodes pérovskites sont capables de réaliser une reconstruction lumineuse à bande étroite/large bande et une imagerie hyperspectrale in situ. La plate-forme rapportée donne un aperçu de la construction de spectromètres intégrés avec des systèmes intégrés multi-matériaux.

"L'exploration du BIC conjugué n'est pas conventionnelle par rapport aux études laser BIC populaires. Grâce à l'étude théorique, nous constatons que le BIC conjugué présente des fuites élevées et un Q décent alors qu'il peut être facilement excité et couplé. Considérant que le BIC conjugué la photonique peut être facilement fabriquée et leurs longueurs d'onde de résonance peuvent être réglées efficacement, nous prévoyons que le BIC conjugué est très approprié pour les applications de photodétection résolues en longueur d'onde", déclarent les chercheurs.

"Résoudre les problèmes liés à la fabrication de réseaux de photodiodes pérovskites et à leur intégration avec la photonique conjuguée BIC par des processus de micro-fabrication est également important, car les matériaux et les interfaces des dispositifs peuvent être facilement détruits au cours des processus par les solvants et la chaleur. Nous pensons également que la plate-forme d'intégration photonique-optoélectronique que nous avons proposée peut donner un aperçu de l'élargissement des fonctionnalités et des applications des semi-conducteurs émergents traitables en solution, comme les pérovskites", concluent les scientifiques.