近日，瑞典林雪平大学、深圳大学和中国其他几所大学的研究人员制造了一种能够发射光并检测光的高效二极管。这项新设备发表在《自然电子》上的论文中，是使用固溶钙钛矿材料制成的。
光源和检测器是当今市场上无数技术设备的关键组件。例如，发光二极管（LED）通常用作显示器和其他技术中的光源，而光电二极管则用于检测传感器、成像和光纤通信工具中的光。现有的光源和探测器包括功能明显不同的两种不同类型的设备，那么，开发出一种既可以产生光又可以检测光的设备，就可以设计出更小巧、更智能的技术装置。
该研究的主要研究人员冯高说：“如果我们有一个能够有效发射光并检测光的双功能设备，我们可以使用一个设备来完成通常需要两个常规设备的工作，这不仅可以减少设备成本，而且还可以促进光源和检测器在光电芯片中的集成。”
一般来说，对于传统的溶液处理半导体来说，将其用作高性能双功能器件非常具有挑战性，以有机半导体和胶体量子点为例，有机半导体在吸收光谱和光致发光光谱之间总是表现出非常小的重叠，它们对同一材料发出的光显示出较弱的吸收；而胶体量子点LED始终基于非常薄的量子点膜由于极低的载流子传输特性，因此其光吸收非常弱。在此基础上，研究人员引入了钙钛矿基二极管，该二极管可以同时用作发光和光检测装置，在这些功能之间进行切换，在这两种功能中均表现出色。
在以前的《自然光子学》杂志的一项研究中，该研究团队发现了钙钛矿薄膜中一种被称为“钝化效应”的机制，钙钛矿薄膜是用于制造LED的新兴材料。然后，他们设计了一种高效的钝化剂（即一种可以修复半导体缺陷的物质），并用它来将近红外钙钛矿LED的量子效率提高到21％以上。
该项研究的研究人员之一鲍春雄表明，基于先前的工作，我们进一步研究了这些设备的光检测功能，发现它们还显示出了卓越的光电检测性能。在我们最近的研究中，我们集中精力同时改善了钙钛矿基二极管的发光和检测性能，证明了它们作为高效发光和检测“二合一”设备的可行性。
据研究人员介绍，用来制造二极管的钙钛矿材料具有几种独特的光电性能，除了对于开发高性能LED而言是理想的高光致发光量子效率（PLQE）之外，该材料还具有高吸收系数，可以进行光检测。同时，该材料还表现出高的载流子迁移率，因此可用于制造各种厚度的薄膜。研究人员观察到钙钛矿的吸收光谱和光致发光光谱之间存在很大的重叠，这意味着该材料还可以吸收其自身发出的光。综合所有这些特性，研究人员基于相同的平面结构创建高性能的LED和光电检测器，换句话说，这些特性最终使研究人员创建了一个既可以发射光又可以检测光的设备。
研究人员发现他们开发的钙钛矿基二极管以超过21％的外部量子效率和亚皮瓦级的光检测极限实现了发光。在发射光和检测光时，它还可以达到数十兆赫兹的运行速度，在每种功能上表现都非常出色。此外，当将其用作检测器时，该设备还对自身发出的光敏感。
将来，他们开发的设备可以用于制造更小的电子设备，既可以用作光源也可以用作检测器。研究人员在论文中概述了该二极管的两种可能的应用，展示了如何将其用于构建整体式心脏脉冲传感器以及双向光通信。研究人员现在计划进一步提高设备的响应速度和操作寿命和研究可见光钙钛矿LED来扩展应用程序对可见光的检测性能光范围内。
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