有机红外光电探测器推动成像技术的发展

近红外（NIR）和短波红外（SWIR）光谱领域对高像素、低成本焦平面阵列的需求激增，原因在于它们在三维人脸识别、增强/虚拟现实、机器人和自动驾驶汽车等人工智能驱动技术中的潜在应用。传统的 SWIR 光电二极管依赖于晶体锗（Ge）或砷化镓铟（InGaAs），这些器件存在暗电流大、制造工艺复杂等局限性。有机半导体的出现为我们提供了一个前景广阔的替代方案，它具有更容易制造和可调光学特性的潜力。

华南理工大学的研究人员创造了一类基于有机半导体的红外光探测器，有望改变成像技术。发表在《中国高分子学报》上的一项研究显示，这些有机光电二极管可在从近紫外到短波红外的广泛波长范围内发挥作用，性能优于传统的无机探测器。

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使用有机光电二极管的线性图像阵列的 SWIR 图像系统的示意图和性能

利用具有窄带隙的聚合物半导体，研究小组创造出了能够探测多种红外波长的薄膜光电二极管。这项新技术的性能水平可与传统的无机光电探测器（如砷化镓铟（InGaAs）制成的光电探测器）媲美，但成本仅为它们的一小部分。

研究人员将较大的杂原子、规整的骨架和侧链上延伸的分支位置相结合，开发出了光谱响应范围从近紫外到短波红外的聚合物半导体。

由此产生的器件表现出令人印象深刻的特定检测率，在 1.15 μm 波长下达到 5.55×1012 琼斯，与基于 InGaAs 的检测器相媲美。这些有机光电探测器被组装成高像素密度的图像阵列，其独特之处在于无需在传感层中进行像素级图案化。这种方法简化了制造过程，大大降低了成本。

主要研究人员之一黄飞教授说："我们开发的有机光电探测器标志着向高性价比、高性能红外成像技术迈出了关键一步。这些器件为传统的无机光电二极管提供了一种灵活、可扩展的替代品，其潜在应用范围从工业机器人到医疗诊断。

这些新型有机光电探测器可能会对多个行业产生影响。它们为用于安防和监控的成像系统提供了低成本的替代品。此外，这种基于有机物的技术还能带来更实惠、更方便的医疗成像设备，从而在医疗保健领域得到更广泛的应用。这些设备的灵活性和可扩展性也为人工智能和机器人技术的创新应用打开了大门。

相关链接：https://phys.org/news/2024-05-infrared-photodetectors-advance-imaging-technology.html

论文链接：https://dx.doi.org/10.1007/s10118-023-2973-8