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電子科技大學在高效紅外上轉(zhuǎn)換成像器件取得進展


  來源: 電子科技大學 時間:2021-10-12 編輯:清風
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紅外探測器在環(huán)境監(jiān)測、軍事、生物等領域有著巨大應用潛力,特別是紅外上轉(zhuǎn)換器件無需后端讀出電路制備簡單成本較低,成為目前探測領域關注的熱點。遺憾的是,受限于目前上轉(zhuǎn)換器件的低光光轉(zhuǎn)換效率、高能耗、弱光響應較差以及成像線性動態(tài)范圍(I-LDR,工作在開啟狀態(tài)),高質(zhì)量的上轉(zhuǎn)換成像幾乎沒有報道。在過去的二十年中,已經(jīng)開發(fā)了基于有機、無機和有機/無機雜化半導體的各種上轉(zhuǎn)換器件,無機上轉(zhuǎn)換器件中發(fā)射和探測單元之間通常需要晶格匹配和晶圓融合技術,因此存在光光轉(zhuǎn)換效率低和制造成本高的問題。有機/無機雜化上轉(zhuǎn)換器件集成了有機發(fā)光二極管和無機光電探測器,可以通過更方便的制備過程實現(xiàn)更高的光光轉(zhuǎn)換效率,但它們受高結(jié)合能的影響,因此在弱光檢測中表現(xiàn)不佳。


電子科技大學王軍教授、陶斯祿教授針對這一挑戰(zhàn)進行了探索。它們通過堆疊高性能有機紅外探測器和界面exciplex有機發(fā)光單元,設計了一種紅外上轉(zhuǎn)換光電探測器,其寬帶探測區(qū)域從400到1064 nm。實現(xiàn)了可以在1.56V極低電壓工作的開關比超過85000的高性能紅外上轉(zhuǎn)換器件,同時具有弱光探測能力以及超過84dB的成像線性動態(tài)范圍。利用高分辨率以及高線性動態(tài)范圍,實現(xiàn)了多種較厚的生物樣本成像與識別,特別是細胞種群類別如破骨細胞種群分辨,這些優(yōu)異的結(jié)果將為未來低能耗高質(zhì)量的近紅外生物成像應用提供了新思路。


圖 器件結(jié)構(gòu)與近紅外生物成像


作者們率先利用界面激基復合物制造上轉(zhuǎn)換器件,獲得了12.92%的高光-光轉(zhuǎn)換效率、285 lm W-1的高功率效率和1.56 V的極低開啟工作電壓(在另一個系統(tǒng)中甚至更低的1.3 V)。獨立探測單元的探測D*接近6×1012 Jones,對應0.46 A/W的響應度。并且最大Voc顯示接近0.6 V,以減輕發(fā)光單元的功耗。上轉(zhuǎn)換器件 顯示出低至3.2 μW cm-2的出色弱光檢測能力,比相關報道的上轉(zhuǎn)換器件低 1-2個數(shù)量級。由于低開啟工作電壓和優(yōu)異的檢測能力,上轉(zhuǎn)換器件高達84.4 dB的成像線性動態(tài)范圍首次被討論和報道,為近紅外成像提供了參考。上轉(zhuǎn)換器件的低能耗和高成像線性動態(tài)范圍保證了高質(zhì)量和強穿透力的近紅外生物成像,特別是在厚生物樣品中表現(xiàn)出優(yōu)越性和高分辨率,在無創(chuàng)缺陷檢測和病理動態(tài)監(jiān)測方面具有巨大潛力。


電子科技大學王軍教授、陶斯祿教授為本論文共同通信作者,博士后杜曉揚和博士生韓嘉悅為該論文共同第一作者,此研究得到國家自然科學基金等資助支持。


關鍵詞:電子科技大學 紅外轉(zhuǎn)換成像器件 紅外探測器    瀏覽量:13627

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