李亮教授課題組Nature Electronics: 鈣鈦礦材料引領(lǐng)應(yīng)用定制光電探測(cè)器走向新未來

近日，蘇州大學(xué)李亮教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合馬來西亞理工大學(xué)Abd. Rashid bin Mohd Yusoff教授團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)梳理了面向特定應(yīng)用的定制化光探測(cè)器發(fā)展路徑與關(guān)鍵挑戰(zhàn)，并揭示了鈣鈦礦材料在該領(lǐng)域的巨大潛力。研究成果以蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院為第一署名單位，李亮教授、Abd. Rashid bin Mohd Yusoff教授為共同通訊作者，孫浩軒副教授、李宸博士為共通第一作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

鉛鹵鈣鈦礦材料近年來發(fā)展迅速，由其構(gòu)建的光探測(cè)器件在響應(yīng)度、探測(cè)率與響應(yīng)速度等關(guān)鍵性能指標(biāo)上持續(xù)突破，部分性能已超越硅基探測(cè)器，但器件長期可靠性與規(guī)模制造良率仍是“難點(diǎn)”。在通信、工業(yè)控制等成熟方向，光探測(cè)器的角色往往是其他應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施，任何的可靠性問題都是不能容忍的。因此，在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域直接替代現(xiàn)有成熟半導(dǎo)體短期內(nèi)不可能實(shí)現(xiàn)，新的產(chǎn)業(yè)化方向需要被探索。

李亮教授團(tuán)隊(duì)在本文中指出：鈣鈦礦材料依托“高定制潛力、低定制成本”的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可通過構(gòu)建面向應(yīng)用的定制化器件架構(gòu)充分釋放其材料潛能，進(jìn)而在客制化電子器件領(lǐng)域確立不可替代的地位。文章先梳理了傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器的發(fā)展進(jìn)程，后重點(diǎn)展望了光探測(cè)器功能定制的研究方向，其中包括形狀定制光探測(cè)器、特征選擇光探測(cè)器、多維光探測(cè)器與神經(jīng)形態(tài)視覺傳感器等。這些新范式有望在可穿戴、復(fù)雜場(chǎng)景識(shí)別、異構(gòu)集成與智能視覺等需求牽引下形成差異化優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，文章總結(jié)了鈣鈦礦光探測(cè)器走向商業(yè)化仍需攻克的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，如穩(wěn)定性與一致性提升、器件封裝與可靠性評(píng)估體系、以及可制造工藝與規(guī)模化集成路徑等。本文揭示了鈣鈦礦材料在功能定制化方向的不可替代地位，更為鈣鈦礦探測(cè)器從“性能對(duì)標(biāo)替代”轉(zhuǎn)向“應(yīng)用牽引定制化”的商業(yè)化路線提供了清晰指引。

圖a傳統(tǒng)應(yīng)用（黃色背景）對(duì)可靠性要求嚴(yán)苛，因此由無機(jī)半導(dǎo)體主導(dǎo)；新興應(yīng)用（藍(lán)色背景）則在性能之外更強(qiáng)調(diào)多樣化功能與特性，使可按需調(diào)控的鈣鈦礦材料成為理想選擇；圖b金屬鹵化物鈣鈦礦因結(jié)合能低、化學(xué)鍵較弱，可通過低能耗工藝合成并沉積在任意襯底上，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的按需定制；圖c鈣鈦礦材料具有缺陷能級(jí)淺、介電屏蔽作用強(qiáng)、缺陷化學(xué)自補(bǔ)償、大極化子及自修復(fù)特性，展現(xiàn)出缺陷容忍性，這使其在成分調(diào)控上擁有更大自由度，也為按需定制提供了巨大潛力。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41928-025-01517-9

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