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導言

納米材料的功能化與圖案化是電子和光電子器件先進制造中一個有潛力的方向解決方案。當前的微圖案化策略對于后刻蝕/剝離工藝是不**缺的優勢，這些工藝會污染/損壞功能材料。在本文中增產，作者開發(fā)了一種創(chuàng)新的低溫便利性、無需后剝離、種子限制的制造策略以應對這個問題行動力，從而在任意剛性或柔性基底上實現(xiàn)微米或宏觀尺度的花狀AgBiS2納米結構的指*圖案提供有力支撐。由圖案化的AgBiS2納米結構制成的光電導體顯示出寬帶切實把製度、靈敏和快速的光響應。此外逐步顯現，進行了單像素光柵掃描陣列成像銘記囑托，光學圖案可靠和清晰的電響應，展示了光電導體在實際成像應用中的潛力自動化裝置。值得注意的是示範，圖案化過程實現(xiàn)了應變釋放的微結構，制造出了一種即使在1000多次彎曲/恢復測試周期后仍具有高耐久性的柔性光電探測器有很大提升空間。這項研究提供了一種簡單運行好、低溫和環(huán)保的策略，以應對當前非侵入性微制造和半導體任意圖案化的挑戰(zhàn)可能性更大，這些挑戰(zhàn)有望滿足可擴展和可穿戴光電子傳感器進一步新興技術的發(fā)展部署安排。

分享一篇來自北京理工大學王卓然團隊的新研究成果，本文以“Patterned growth of AgBiS2 nanostructures on arbitrary substrates for broadband and eco-friendly optoelectronic sensing”為題發(fā)表于期刊Nanoscale關鍵技術，希望對您的科學研究或工業(yè)生產帶來一些靈感和啟發(fā)了解情況。

正文

在微尺度上對納米結構進行圖案化一直是推動納米技術前沿發(fā)展的主要動力。特別是技術研究，光電子學重要的、量子點、納米線姿勢、二維材料及其分層的三維組裝體已經展示了增強的光-物質相互作用相互融合，它們的微圖案化在顯示和傳感方面取得了快速進展，朝著可擴展性和新形式（即綠色化，機械柔性）發(fā)展不同需求。標準的微圖案化遵循自上而下的方法，其中半導體的薄連續(xù)層通過光刻掩模和刻蝕保持穩定。相比之下總之，低溫可加工納米材料實現(xiàn)了自下而上的制造，避免了使用高腐蝕性試劑對半導體進行刻蝕支撐作用，這對于脆弱的納米材料尤為重要研學體驗。例如，納米材料的墨水可以噴墨打印在任意基底上最為突出，用于發(fā)光二極管（例如落實落細，QLED）、圖像傳感器和柔性太陽能電池高效化。然而製高點項目，通過物理噴嘴直接打印微尺度圖案非常具有挑戰(zhàn)性，這使得光刻圖案轉移對于高分辨率應用不**缺支撐能力。然而資源優勢，后剝離需要完*暴露于丙酮或氧等離子體等試劑中以去除光刻膠高效利用，這些試劑雖然溫和，但不可避免地會降解這些對表面敏感的功能材料長效機製。因此講實踐，對于下一代微納米光電子學數字技術，非常需要無需后剝離的納米材料微圖案化創(chuàng)新奮戰不懈。

在這方面，低溫下種子誘導的納米結構直接生長是一種優(yōu)*的解決方案措施。例如大大縮短，Jiang等人利用預圖案化的ZnO種子實現(xiàn)ZnO納米線的水熱和亞微米周期生長，用于超高分辨率圖像傳感器緊密相關。Fan等人利用垂直納米通道底部的鉛金屬納米簇啟動高質量鈣鈦礦納米線生長更默契了，用于半球形圖像傳感器和LED。然而培訓，迄今為止不合理波動，只有有限的材料適用于這一領域。因此重要工具，需要新的材料系統(tǒng)和策略積極拓展新的領域，它們可以在低溫下圖案化，并且具有超出硅光譜（紫外線和可見光）的擴展光譜范圍更優質。在所有顯示出卓*光電子功能的半導體中相對開放，AgBiS2以膠體納米晶體形式在光伏領域取得了快速進展，這源于其陽離子無序均勻化帶來的異常高的光吸收能力脫穎而出。

此外拓展應用，AgBiS2無毒、環(huán)保結構，符合有害物質限制（RoHS）要求管理，因此適合普遍的物聯(lián)網(wǎng)應用。此外能力建設，AgBiS2被報道具有約0.8電子伏特的窄帶隙模樣，因此顯示出寬帶和短波紅外（SWIR）光電探測的前景。此外建立和完善，它的低溫可加工性以及其高吸收系數(shù)使得超薄設備配置尤其重要提供了遵循，這對于開發(fā)柔性應用非常重要，但尚未被探索穩定發展。

在這項研究中基石之一，作者報道了一種創(chuàng)新的低溫、無后剝離微制造策略增持能力，用于在剛性和柔性基底上合成任意圖案的微尺度花狀AgBiS2分層納米結構共同努力，并展示了它們作為柔性光電探測器的寬帶（320-2200納米）行業內卷、快速（微秒級）光響應以及在極*彎曲下的耐用性。這項工作提供了一種高度功能性逐漸完善、環(huán)保參與能力、低成本和柔性的策略，以促進下一代光電子傳感應用是目前主流，如成像充分發揮、通信、可穿戴設備和健康監(jiān)測充分發揮。

AgBiS2納米花的任意圖案化

基于AgBiS2的低溫溶液可加工性選擇適用，作者首*開發(fā)了一種新穎的“自下而上”的方法，以實現(xiàn)在微米或宏觀尺度上對功能材料進行精確和任意的圖案化設計。制造過程遵循一個簡單的三步流程業務指導，如圖1a所示：

圖1 AgBiS2納米花圖案化過程。(a) 圖案化過程的示意圖就此掀開。(b) 用培養(yǎng)的AgBiS2納米花對10微米長足發展、5微米和2微米寬度的超細圖案進行SEM表征。(c) 4厘米×4厘米大小的玻璃基底上由AgBiS2納米花組成的各種圖案的照片穩步前行。(d) 大學徽標結構不合理、櫻桃、玻璃逐步顯現、柔性PI和SiO2/Si基底上的互指電極的微型圖案的光學顯微鏡圖像銘記囑托，右下角的櫻桃的SEM圖像顯示它們具有共同的納米花形態(tài)。(e) 在兩英寸晶圓級藍寶石自動化裝置、SiO2/Si示範、PET和PI基底上的各種圖案的照片。

這一三步流程包括：首先有很大提升空間，通過熱蒸發(fā)在基底上形成約10納米的銀層運行好，并通過剝離過程實現(xiàn)預定圖案；其次可能性更大，銀層在溫和的氧等離子體處理后轉化為Ag2O進一步意見，作為“種子”促進下一步的功能材料生長；最后共享應用，通過旋涂DMF溶液并進行低于200°C的熱處理生產能力，生長出花狀AgBiS2納米結構，精確復制了初始圖案示範推廣。這種方法避免了有害的后刻蝕過程堅持好，分辨率理論上僅受銀層限制，能夠實現(xiàn)10微米至2微米寬的微通道圖案化。

該方法的優(yōu)勢在于直接圖案化納米材料特性，且適用于多種金屬圖案化技術傳承，包括納米壓印和陰影掩模，適用于微米或宏觀尺度的功能材料制造建言直達。作者已經在4厘米×4厘米的玻璃基底上展示了多種圖案多種，包括北京理工大學的微米級徽標和互指型微電極，證明了這一技術的通用性和對復雜形狀的復制能力充分發揮。此外發展成就，該過程適用于任意剛性或柔性基底，整個制造過程在200°C以下進行同時，適合CMOS集成和柔性電子制造互動式宣講。作者在PI和PET柔性基底上成功復制了多種圖案效高性，展示了這一方法在開發(fā)柔性和可打印微電子方面的潛力模式。

精細結構表征

作者深入研究了AgBiS2納米花的生長過程，發(fā)現(xiàn)這些納米花的生長類似于自然植物的栽培提升。在生長初期高品質，微小的Ag2O種子在前驅體溶液和加熱器的作用下促進了納米花的萌芽。經過多次涂覆和烘烤支撐能力，這些孤立的納米花逐漸長大并變得更加密集資源優勢。通過SEM和TEM圖像，作者觀察到這些“納米蘆薈”由重疊的枝條組成特征更加明顯，每個枝條上都有細小的針狀次級結構估算。AgBiS2作為一種新興的光電材料，因其卓*的光吸收能力而受到關注的可能性。紫外-可見-近紅外光譜分析顯示不要畏懼，AgBiS2在整個可見光和短波紅外范圍內具有約10-5 cm-1的高吸收系數(shù)。通過Tauc圖估計問題，其窄間接帶隙約為0.74電子伏特保持競爭優勢，表明其具有超寬帶吸收特性，這使得AgBiS2在制造多光譜光電探測器方面具有巨大潛力發展機遇。這些特性將在后續(xù)部分進行詳細討論長效機製。

圖2. AgBiS2納米花的特性和示意圖機制。(a) AgBiS2納米花生長的不同階段的示意圖和相應的SEM表征圖全技術方案。(b) 高倍SEM圖像分享。(c) HRTEM圖像。(d) SAED圖案信息化。(e) XRD圖案方式之一。(f) 元素映射顯示了Ag、Bi和S元素在AgBiS2納米花上的分布。(g和h) AgBiS2納米花中Ag競爭力所在、Bi和S元素的高分辨率XPS光譜引人註目。(i) 制備的AgBiS2納米花的吸收光譜。(j) 間接Tauc圖估算出0.74電子伏特的帶隙溝通機製。

寬帶光電探測器

作者通過在緊密排列的AgBiS2納米花“微通道”上沉積金電極好宣講，構建了一種寬帶光電探測器。該設備的通道長度為約100微米領先水平，已通過陰影掩模定義。在黑暗中或在520納米和1122納米照明下評估了設備的電流-電壓（I-V）特性，觀察到照明下電流顯著增加戰略布局，表明光生電荷載流子成功分離事關全面。光譜響應探測顯示設備具有從紫外到短波紅外（320-2200納米）的寬帶光電探測能力，峰值Rλ和EQE分別為約271 mA W-1和63%狀態。Rλ/EQE光譜顯示光響應起始點在約1450納米技術節能，與之前探測到的吸收一致，證實了其寬帶光電探測能力廣泛認同。盡管在超過1450納米波長下EQE顯著下降國際要求，但在1550納米處仍可觀察到明顯的光響應，這對于光通信至關重要鍛造。此外競爭激烈，在2200納米處仍可發(fā)現(xiàn)顯著的亞帶隙響應，表明通過缺陷/能帶工程可以進一步擴展設備的工作環(huán)境改善。

圖3. 基于AgBiS2納米花光電探測器的光電性能測量空白區。(a) 單通道設備的示意圖，插圖是相應的SEM圖像重要的角色。(b) 設備在黑暗中或在520納米和1122納米（約0.8 W cm-2）照明下的I-V特性開放要求。(c) 在0.26 mW cm-2光強照明下，不同光波長下的Rλ和EQE優勢領先。(d) 在0.7 W cm-2光強照明下的多波長光電流響應迎來新的篇章。(e) 在不同光強下，單通道光電導體在520納米照明下的響應度和EQE推動並實現。(f) 多通道設備的示意圖薄弱點；插圖是相應的SEM圖像。(g) 在520納米（0.8 W cm-2）照明下優化程度，“通道”數(shù)量與光電流之間的相關性積極性，以及(h) 光電流與“通道”數(shù)量的相應擬合曲線，展示了明確定義的線性關系不斷豐富。(i) 十通道設備在520納米照明（0.8 W cm-2）下的頻率特性實施體系，以及(j) 響應速度曲線組建。

為了提高光電流，作者制造了包含多個“微通道”的設備效果較好。當應用20個“微通道”時重要的意義，光電流放大到約200納安。通過機械探針刮擦過程檢查了“通道”數(shù)量與光電流之間的相關性等多個領域，觀察到良好的線性關系再獲，突出了光電特性的均勻性和圖案化過程的可靠性。這對于進一步規(guī)膽脭U展；图晒怆娮討弥陵P重要體驗區。光電探測器的另一個關鍵參數(shù)是帶寬，作者的設備在高達5 kHz的頻率下表現(xiàn)出高速響應活動上，上升和下降時間均在100微秒范圍內有望，估計的3 dB帶寬至少為4 kHz，足以滿足高幀率成像或生物光體積描記傳感器的需求導向作用。

圖3中的光譜響應度信號及外量子效率（EQE）數(shù)據(jù)使用卓立漢光公司的DSR300微納器件光譜響應度測試系統(tǒng)測試得到方案。其功能全面，提供多種重要參數(shù)測試堅持好。系統(tǒng)集成高精度光譜掃描即將展開，光電流掃描以及光響應速率測試。40μm探測光斑特性，實現(xiàn)百微米級探測器的絕對光譜祥響應度測量，能滿足不同探測器測試功能的要求進展情況，是微納器件研究的優(yōu)選的積極性。

成像傳感

作者將光電導體技術應用于光學成像，首先將其作為單像素傳感器至關重要，通過2D電機舞臺進行光柵掃描模式下的成像不久前。利用陰影掩模技術，將天鵝圖案直接投影到光電導體上提升行動。在可見光能力建設、近紅外和短波紅外光照射下，成功獲得了天鵝形狀的光電流圖研究進展，證明了材料和器件的靈敏度和穩(wěn)定性無障礙，適用于多光譜成像。進一步快速融入，作者制造了一個28×12像素的光電探測器陣列認為，用于焦平面陣列（FPA）成像，這是一種無需移動部件的成像技術增強。通過金屬條定義通道重要意義，制作了高密度且性能一致的光電探測器。所有336個探測器的光電性能均一，表明了在1伏偏壓和520納米照明下規劃，暗電流和開關比高度一致提高。通過陰影掩模將“B”、“I”和“T”字母圖案投影并由探測器陣列成像進入當下，驗證了電學重建簡單光學圖案的可行性各領域。此外，使用1342納米短波紅外激光成功成像了復雜的蝴蝶圖案保持競爭優勢，展示了在紅外成像方面的潛力進行培訓。

圖4. 單像素成像傳感系統(tǒng)。(a) 單像素成像傳感系統(tǒng)的示意圖長效機製。(b) 在白光（7.9 mW cm-2）法治力量、520納米（0.1 W cm-2）、1060納米（0.08 W cm-2）和1342納米（0.15 W cm-2）波長下獲得的單像素成像系統(tǒng)的圖像分享。(c) 在圖bi中共享，X = 1、-1經驗分享、-2.5和-3毫米位置下解決方案，用箭頭指示的相應電流輪廓。(d) 在圖bii-iv中有力扭轉，X = -2.5毫米位置下上高質量，用箭頭指示的在不同波長下的相應電流輪廓。

盡管這些研究還處于初步階段廣度和深度，但作者已經證明了這種方法在光電傳感各種形狀和多光譜圖像圖案方面的可行性深入交流，為解決當前寬帶和紅外成像領域的挑戰(zhàn)提供了環(huán)保的解決方案。

總結

在這項研究中加強宣傳，作者開發(fā)了一種新穎的方法臺上與臺下，涉及任意圖案化和種子輔助半導體生長，成功制造了花狀AgBiS2納米結構技術發展，這些結構在微米或宏觀尺度上形成了指*的圖案集聚效應。直接在5微米線結構上制造了一個原型光電導體，顯示出寬帶（320納米至2200納米）重要手段、靈敏（Rpeak = 1.56 A·W-1）和快速（小于100微秒）的光響應互動講，有用于多光譜/短波紅外光電探測和高質量光電子傳感的潛力。同時采用了單像素光柵掃描和28×12焦平面陣列成像來展示光學信號矩陣的可靠和清晰電學再現(xiàn)研究與應用。此外飛躍，由于AgBiS2納米花自包裝在“島橋”配置中的可圖案化微結構上，構建了一個柔性光電探測器全面協議，展示了出色的魯棒性和功能性重要部署。這項工作提供了簡單具體而言、環(huán)保、低溫的解決方案智慧與合力，以應對當前非侵入性微加工和半導體任意圖案化的挑戰(zhàn)喜愛，以及具有新形式因素的寬帶光電探測等，這對于下一代可擴展和可穿戴光電子傳感技術的發(fā)展至關重要開放要求。

北京理工大學王卓然老師簡介

王卓然向好態勢，北京理工大學集成電路與電子學院教授/博導，國*級青年人才服務機製，北京理工大學“特立青年學者”貢獻力量，歐盟“瑪麗居里學者”。9年海外經歷大幅拓展，西班牙光子科學研究所ICFO獨立研究員/博士后（師從菲涅爾獎得主Gerasimos Konstantatos）發行速度，加拿大麥吉爾大學（QS排名世界31）博士后/博士，具有材料工程（博士）緊迫性、物理電子學（碩士）結構、光電信息工程（學士）的多學科專業(yè)背景，主持國家自然科學基金高效，曾主持/參與多項歐盟ERC與加拿大NSERC研究項目溝通協調，擔任Nano-Micro Letters期刊青年編委，Electronics客座編輯體系。

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