大晶粒非层状结构材料薄膜可实现图像传感器柔性化

近日，合肥工业大学材料科学与工程学院一项科研成果，首次制备出大晶粒非层状结构的硒化镍薄膜，并成功将其构筑为光探测器阵列，为新一代柔性图像传感器的研发提供了新的方法。其相关成果发表在国际材料领域重要期刊《先进材料》。该工作的第一单位为合肥工业大学，论文第一作者为2014级硕士研究生蔡曹元。

图像传感器可以将光学图像转换为电子信息，在电子光学设备中应用广泛。未来可穿戴智能设备要求图像传感器具有柔性可以弯曲折叠，而目前在数码相机中广泛应用的集成图像传感器，由于其硅基底不具有柔性，难以满足未来需求。目前研究认为，柔性低维材料是硅基底的理想替代者。

材料科学与工程学院王敏教授和陈翌庆教授团队与韩国成均馆大学Sungjoo Lee教授团队合作，提出了一种新的界面限域外延生长方法，成功制备出高质量大晶粒非层状结构硒化镍薄膜。该课题组通过硒化镍微米带阵列的图形化生长，构筑高性能且均匀性好的光探测器阵列，为柔性图像传感器的实现奠定了基础。

据介绍，由于这种新型材料薄膜的晶粒达到微米尺度，晶粒间的晶界减少，显著降低了晶界对载流子的散射，从而大幅提高了光探测器的响应度。实验结果表明，基于微米尺度晶粒的高质量硒化镍薄膜所制备的光探测器，每瓦光照可以获得150安培的电流，其响应度比纳米尺度晶粒的薄膜提高了4个量级。

“非层状结构材料在自然界广泛存在，但由于其缺乏内在各向异性生长的驱动力，这一结构材料的薄膜生长很难实现。”王敏教授介绍说，这一成果攻克了非层状结构材料薄膜生长难题，可以应用于更多种类的相关材料。同时，这种新型薄膜材料在光探测器阵列的构筑方法、制备和加工工艺与目前广泛采用的传统互补金属氧化物半导体电子学相兼容，更加有利于其实际应用。

该工作得到国家自然科学基金委、中央高校基本科研业务费的资助。