基于有機半導體的新型紅外光電探測器有望徹底改變成像技術

隨著近紅外（NIR）和短波紅外（SWIR）光譜在人工智能驅(qū)動技術（如機器人、自動駕駛汽車、增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實以及3D人臉識別）中的廣泛應用，市場對高計數(shù)、低成本焦平面陣列的需求日益增長。傳統(tǒng)的短波紅外光電二極管主要基于InGaAs或鍺（Ge）晶體，其制造工藝復雜、器件暗電流大。有機半導體是一種可行的替代品，其制造工藝更簡單且光學特性可調(diào)諧。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，華南理工大學的研究團隊研制出基于有機半導體的新型紅外光電探測器。這項技術有望徹底改變成像技術，該有機光電二極管在近紫外到短波紅外的寬波段內(nèi)均優(yōu)于傳統(tǒng)的無機探測器。這項研究成果以“Infrared Photodetectorsand Image Arrays Made with Organic Semiconductors”為題發(fā)表在Chinese Journal of Polymer Science期刊上。

研究團隊采用窄帶隙聚合物半導體制造薄膜光電二極管，該器件探測范圍涵蓋紅外波段。這種新技術的成本僅為傳統(tǒng)無機光電探測器的一小部分，但其性能可與傳統(tǒng)無機光電探測器（如InGaAs光電探測器）相媲美。

研究人員將更大的雜原子、不規(guī)則的骨架與側(cè)鏈上更長的分支位置結(jié)合起來，創(chuàng)造出光譜響應范圍涵蓋近紫外到短波紅外波段的聚合物半導體（PPCPD），并制造出基于PPCPD的光電探測器，相關性能結(jié)果如圖1所示。

圖1基于PPCPD的光電探測器性能

在特定探測率方面，該器件與基于InGaAs的探測器相比具有競爭力，在1.15 μm波長上的探測率可達5.55 × 1012 Jones。該有機光電探測器的顯著特征是，當其集成到高像素密度圖像傳感器陣列時，無需在傳感層中進行像素級圖案化。這種集成制造工藝顯著簡化了制備流程，大幅降低了成本。

圖2 短波紅外成像系統(tǒng)及成像示例

華南理工大學教授、發(fā)光材料與器件國家重點實驗室副主任黃飛教授表示：“我們開發(fā)的有機光電探測器標志著高性價比、高性能的紅外成像技術的發(fā)展向前邁出了關鍵的一步。與傳統(tǒng)無機光電二極管相比，有機器件具有適應性和可擴展性，其潛在應用范圍還包括工業(yè)機器人和醫(yī)療診斷領域?！?/p>

該新型有機光電探測器有望對各行各業(yè)產(chǎn)生重大影響。它們?yōu)楸O(jiān)控和安全領域的成像系統(tǒng)提供了更為經(jīng)濟的選擇。未來，基于有機技術的醫(yī)療成像設備有望更加普及，價格也會更加合理，從而在醫(yī)療環(huán)境中實現(xiàn)更全面的應用。該器件的適應性和可擴展性還為尖端機器人和人工智能等領域的應用鋪平道路。這項研究得到了國家自然科學基金（編號：U21A6002和51933003）和廣東省基礎與應用基礎研究重大項目（編號：2019B030302007）的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1007/s10118-023-2973-8