隨著近紅外（NIR）和短波紅外（SWIR）光譜在人工智能驅(qū)動技術(shù)（如機(jī)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(yīng)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)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，其制造工藝更簡單且光學(xué)特性可調(diào)諧。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，華南理工大學(xué)的研究團(tuán)隊研制出基于有機(jī)半導(dǎo)體的新型紅外光電探測器。這項技術(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)無機(jī)探測器。這項研究成果以“Infrared Photodetectors and 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，該器件探測范圍涵蓋紅外波段。這種新技術(shù)的成本僅為傳統(tǒng)無機(jī)光電探測器的一小部分，但其性能可與傳統(tǒng)無機(jī)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(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的光電探測器，相關(guān)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(dá)5.55×10?? Jones。該有機(jī)光電探測器的顯著特征是，當(dāng)其集成到高像素密度圖像傳感器陣列時，無需在傳感層中進(jìn)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(xué)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(jī)光電探測器標(biāo)志著高性價比、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。”

該新型有機(jī)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(lǐng)域的成像系統(tǒng)提供了更為經(jīng)濟(jì)的選擇。未來，基于有機(jī)技術(shù)的醫(yī)療成像設(shè)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(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。這項研究得到了國家自然科學(xué)基金（編號：U21A6002和51933003）和廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)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

（原文：紅外芯聞 2024-05-15）