中国半导体十大研究进展候选推荐（2021-032）——柔性集成偏振敏感放大系统

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工作简介

         ——柔性集成偏振敏感放大系统

光的偏振态携带着大量无法通过光强、波长、频率和相位来获得的有效信息。利用偏振光敏感光电探测器实现对偏振光的有效检测，可以增强被检测物体的信息，显著提高目标对比度。目前，偏振敏感光电探测器广泛应用于工业、国家安全、生物诊断和天文学等多个领域，具有重要的应用价值和研究意义。然而，传统的偏振光检测系统结构复杂，需要前置偏振片阵列外加滤波器、放大电路以及复杂的解码算法来输出数字信息。这使得偏振系统体积庞大，限制了其小型化应用的需求。近年来，低维半导体材料的兴起为高性能光探测开辟了另一条道路，采用具有面内各向异性结构的低维半导体材料在没有偏振片的情况下也能有效的探测偏振光。然而，令人遗憾的是目前基于低维半导体的偏振光探测器仍存在一些限制因素，如在环境条件下的不稳定性、光学响应范围窄、各向异性光电流比不足等，这些不利因素直接导致目前无法有效的实现数字输出。

图1. 柔性集成偏振敏感放大系统与传统偏振系统的比较。

有鉴于此，中科院半导体所半导体超晶格国家重点实验室沈国震研究员课题组与魏钟鸣研究员课题组合作，设计了一种简单而通用的柔性偏振敏感放大系统(PSAS)来提高低维半导体材料的各向异性光电流比。采用CVD方法首先制备了具有非对称结构的Bi₂Se₂S纳米线，并在柔性PET衬底上构建了偏振敏感放大系统，其核心元件包含C8-BTBT/ PS型有机场效应晶体管(OFET)和偏敏Bi₂Se₂S纳米线光电探测器，实现了偏振灵敏度达几个数量级的有效提升。特别是在532 nm光照射下，该系统能将器件的各向异性光电流比从1.24增加到375。此外作为概念验证，研究人员设计了相应的转换编码电路并集成于系统上，实现了对0°、30°、60°、90°偏振光信息的稳定编码输出，从而能够准确的完成偏振光信息的数字输出和信息伪装。

图2. 系统性能测试图。

该成果以“Integrated polarization-sensitive amplification system for digital information transmission”为题于2021年11月9日发表在Nature Communications (2021,12, 6476)上。该项成果是在国家自然科学基金委基础科学中心和国家杰出青年科学基金等项目的支持下完成的，论文第一作者为博士生冉文浩，沈国震研究员、魏钟鸣研究员和娄正副研究员为共同通讯作者。

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作者简介

通讯作者

沈国震，中国科学院半导体研究所研究员，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。

长期从事低维半导体材料与相关柔性器件的研究工作，在面向机器视觉的柔性光电器件、面向医疗健康的柔性传感器件与可穿戴系统等领域取得了多项重要的研究成果。迄今在Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials等期刊发表SCI收录论文三百余篇，引用超过2万次，主编柔性电子领域中英文专著4部。多次入选科睿唯安全球高被引学者以及Elsevier中国高被引学者，以第一完成人获北京市科学技术二等奖、中国材料研究学会科学技术一等奖、茅以升北京青年科技奖等奖励和荣誉。现任英国皇家化学会会士，中国材料研究学会理事，纳米材料与器件分会副理事长，担任Journal of Semiconductors等十余种国际期刊编委、编辑等。

通讯作者

魏钟鸣，中国科学院半导体研究所研究员, 博士生导师，中国科学院大学岗位教授。

2005年本科毕业于武汉大学，2010年7月于中国科学院化学研究所获理学博士学位。2010年8月至2013年8月，在丹麦哥本哈根大学从事博士后研究。2013年9月至2015年1月，在丹麦哥本哈根大学任助理教授。2015年2月回国，入职中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室。长期从事新型低维半导体材料与器件的研究工作，以通讯或第一作者在Nat Commun、Adv Mater、IEEE EDL、IEEE TED等期刊发表论文60多篇，2021年入选“电子科学与技术学科”Elsevier 2020中国高被引学者。先后获得基金委优秀青年科学基金（2016）、国家杰出青年科学基金（2021）等项目的资助。2021年1月起，担任Journal of Semiconductors副主编。

通讯作者

娄正，中国科学院半导体研究所副研究员，中科院青促会会员，中国科协青年托举人才工程入选者，国家自然科学基金优秀青年基金获得者。

长期从事低维半导体材料制备和柔性多功能光电传感集成等领域的研究。以第一/通讯作者在Adv Mater、Mater Sci Eng R、Nano Today、ACS Nano、Adv Funct Mater、Nano Energy 等SCI期刊上发表论文50余篇，他引5000余次，h因子49。获得包括北京市科学技术奖在内的三次省部级奖励。并且担任InfoMat以及Journal of Semiconductors期刊青年编委。

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原文传递

详情请点击论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26919-z#Sec16

《半导体学报》简介：

《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年，JOS被EI收录。

“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：

《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：[e-mail]，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。

JOSarXiv预发布平台简介：

半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。

JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！

半导体学报公众号

微信号 : JournalOfSemicond

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