使用有機(jī)光電二極管的線性圖像陣列的 SWIR 圖像系統(tǒng)的示意圖和性能

近紅外(NIR)和短波紅外(SWIR)光譜領(lǐng)域?qū)Ω呦袼?、低成本焦平面陣列的需求激增，原因在于它們?cè)谌S人臉識(shí)別、增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器人和自動(dòng)駕駛汽車(chē)等人工智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)中的潛在應(yīng)用。傳統(tǒng)的 SWIR 光電二極管依賴于晶體鍺(Ge)或砷化鎵銦(InGaAs)，這些器件存在暗電流大、制造工藝復(fù)雜等局限性。有機(jī)半導(dǎo)體的出現(xiàn)為我們提供了一個(gè)前景廣闊的替代方案，它具有更容易制造和可調(diào)光學(xué)特性的潛力。

華南理工大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一類(lèi)基于有機(jī)半導(dǎo)體的紅外光探測(cè)器，有望改變成像技術(shù)。發(fā)表在《中國(guó)高分子學(xué)報(bào)》上的一項(xiàng)研究顯示，這些有機(jī)光電二極管可在從近紫外到短波紅外的廣泛波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)揮作用，性能優(yōu)于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)探測(cè)器。

利用具有窄帶隙的聚合物半導(dǎo)體，研究小組創(chuàng)造出了能夠探測(cè)多種紅外波長(zhǎng)的薄膜光電二極管。這項(xiàng)新技術(shù)的性能水平可與傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)光電探測(cè)器(如砷化鎵銦(InGaAs)制成的光電探測(cè)器)媲美，但成本僅為它們的一小部分。

研究人員將較大的雜原子、規(guī)整的骨架和側(cè)鏈上延伸的分支位置相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出了光譜響應(yīng)范圍從近紫外到短波紅外的聚合物半導(dǎo)體。

由此產(chǎn)生的器件表現(xiàn)出令人印象深刻的特定檢測(cè)率，在 1.15 μm 波長(zhǎng)下達(dá)到 5.55×1012 瓊斯，與基于 InGaAs 的檢測(cè)器相媲美。這些有機(jī)光電探測(cè)器被組裝成高像素密度的圖像陣列，其獨(dú)特之處在于無(wú)需在傳感層中進(jìn)行像素級(jí)圖案化。這種方法簡(jiǎn)化了制造過(guò)程，大大降低了成本。

主要研究人員之一黃飛教授說(shuō)："我們開(kāi)發(fā)的有機(jī)光電探測(cè)器標(biāo)志著向高性價(jià)比、高性能紅外成像技術(shù)邁出了關(guān)鍵一步。這些器件為傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)光電二極管提供了一種靈活、可擴(kuò)展的替代品，其潛在應(yīng)用范圍從工業(yè)機(jī)器人到醫(yī)療診斷。

這些新型有機(jī)光電探測(cè)器可能會(huì)對(duì)多個(gè)行業(yè)產(chǎn)生影響。它們?yōu)橛糜诎卜篮捅O(jiān)控的成像系統(tǒng)提供了低成本的替代品。此外，這種基于有機(jī)物的技術(shù)還能帶來(lái)更實(shí)惠、更方便的醫(yī)療成像設(shè)備，從而在醫(yī)療保健領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。這些設(shè)備的靈活性和可擴(kuò)展性也為人工智能和機(jī)器人技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén)。

審核編輯 黃宇