华南理工研制新型有机半导体红外光电探测器，性能超越传统近红外探测器
随着近红外（NIR）和短波红外（SWIR）光谱广泛应用于人工智能驱动技术（如机器人、自动驾驶汽车、增强现实/虚拟现实和3D人脸识别），市场对高计数和低成本焦平面阵列的需求日益增加。传统的短波红外光电二极管主要基于Ingaas或锗锗（Ge）晶体制造工艺复杂，设备暗电流大。有机半导体是一种可行的替代品，其制造工艺简单，光学特性可调。
根据麦姆斯的咨询报告，华南理工大学的研究团队最近开发了一种基于有机半导体的新型红外光电探测器。该技术预计将完全改变成像技术，有机光电二极管在近紫外线到短波红外线的宽波段内优于传统的无机探测器。研究结果是“Infrared Photodetectors and Image Arrays Made with Organic Semiconductors”为题发表在Chinese Journal of Polymer Science期刊上。
研究小组采用窄带间隙聚合物半导体制造薄膜光电二极管，覆盖红外波段。该新技术的成本只是传统无机光电探测器的一小部分，但其性能可与传统无机光电探测器（如Ingaas光电探测器）相媲美。
研究人员将更大的杂原子、不规则的骨架与侧链上更长的分支结合起来，创造一种聚合物半导体，其光谱响应范围涵盖近紫外线到短波红外波段（PPCPD），基于PPCPD的光电探测器，相关性能结果如图1所示。
图1 基于PPCPD的光电探测器性能
与基于Ingaas的探测器相比，该装置在1.15上具有竞争力 μ5.55 × 10¹² Jones。有机光电探测器的显著特点是，当它集成到高像素密度图像传感器阵列时，不需要在传感层中进行像素级图案。这种集成制造过程显著简化了制备过程，大大降低了成本。
图2 短波红外成像系统和成像示例
“我们开发的有机光电探测器标志着高性价比、高性能红外成像技术的发展，”华南理工大学教授、发光材料及器件国家重点实验室副主任黄飞教授说。与传统的无机光电二极管相比，有机器件具有适应性和可扩展性，其潜在应用范围包括工业机器人和医疗诊断。”
新型有机光电探测器有望对各行各业产生重大影响。它们为监控和安全领域的成像系统提供了更经济的选择。未来，基于有机技术的医疗成像设备有望更受欢迎，价格将更合理，从而在医疗环境中得到更全面的应用。该设备的适应性和可扩展性也为尖端机器人和人工智能的应用铺平了道路。本研究由国家自然科学基金(编号:U21A6002和5193003)和广东省重大基础与应用基础研究项目(编号:2019B03030302007)资助。
论文链接：https://doi.org/10.1007/s10118-023-2973-8
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