隨著近紅外（NIR）和短波紅外（SWIR）光譜在人工智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)（如機(jī)器人、自動(dòng)駕駛汽車(chē)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)以及3D人臉識(shí)別）中的廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)對(duì)高計(jì)數(shù)、低成本焦平面陣列的需求日益增長(zhǎng)。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(fù)雜、器件暗電流大。有機(jī)半導(dǎo)體是一種可行的替代品，其制造工藝更簡(jiǎn)單且光學(xué)特性可調(diào)諧。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，華南理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)研制出基于有機(jī)半導(dǎo)體的新型紅外光電探測(cè)器。這項(xiàng)技術(shù)有望徹底改變成像技術(shù)，該有機(jī)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(wú)機(jī)探測(cè)器。這項(xiàng)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(tuán)隊(duì)采用窄帶隙聚合物半導(dǎo)體制造薄膜光電二極管，該器件探測(cè)范圍涵蓋紅外波段。這種新技術(shù)的成本僅為傳統(tǒng)無(wú)機(jī)光電探測(cè)器的一小部分，但其性能可與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)光電探測(cè)器（如InGaAs光電探測(cè)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(zhǎng)的分支位置結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造出光譜響應(yīng)范圍涵蓋近紫外到短波紅外波段的聚合物半導(dǎo)體（PPCPD），并制造出基于PPCPD的光電探測(cè)器，相關(guān)性能結(jié)果如圖1所示。

圖1基于PPCPD的光電探測(cè)器性能

在特定探測(cè)率方面，該器件與基于InGaAs的探測(cè)器相比具有競(jìng)爭(zhēng)力，在1.15 μm波長(zhǎng)上的探測(cè)率可達(dá)5.55 × 1012 Jones。該有機(jī)光電探測(cè)器的顯著特征是，當(dāng)其集成到高像素密度圖像傳感器陣列時(shí)，無(wú)需在傳感層中進(jìn)行像素級(jí)圖案化。這種集成制造工藝顯著簡(jiǎn)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(xué)教授、發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任黃飛教授表示：“我們開(kāi)發(fā)的有機(jī)光電探測(cè)器標(biāo)志著高性價(jià)比、高性能的紅外成像技術(shù)的發(fā)展向前邁出了關(guān)鍵的一步。與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)光電二極管相比，有機(jī)器件具有適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，其潛在應(yīng)用范圍還包括工業(yè)機(jī)器人和醫(yī)療診斷領(lǐng)域?！?/p>

該新型有機(jī)光電探測(cè)器有望對(duì)各行各業(yè)產(chǎn)生重大影響。它們?yōu)楸O(jiān)控和安全領(lǐng)域的成像系統(tǒng)提供了更為經(jīng)濟(jì)的選擇。未來(lái)，基于有機(jī)技術(shù)的醫(yī)療成像設(shè)備有望更加普及，價(jià)格也會(huì)更加合理，從而在醫(yī)療環(huán)境中實(shí)現(xiàn)更全面的應(yīng)用。該器件的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性還為尖端機(jī)器人和人工智能等領(lǐng)域的應(yīng)用鋪平道路。這項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：U21A6002和51933003）和廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目（編號(hào)：2019B030302007）的資助。

論文鏈接：

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