基于窄帶隙共軛聚合物的低成本室溫紅外光電檢測技術問世

　　【儀表網 儀表研發】紅外光的檢測構成了現代工業、科學、能源、醫療和國防應用等多個領域的研究基礎。能夠跨越短波(SWIR)、中波(MWIR)和長波紅外 (LWIR)的光電探測技術更是受到現代科學研究的青睞。當前，使用先進窄帶隙半導體的光電探測設備需要復雜的制造過程、高的制造成本和嚴格的冷卻要求，這對于其廣泛應用來說仍面臨著巨大挑戰。
 

　　美國南密西西比大學Jason D. Azoulay等人報道了一種基于能跨越 SWIR-LWIR 寬帶范圍的供體-受體(D-A)共軛聚合物的高性能紅外光電檢測技術。該聚合物π共軛骨架內的電子相關性促進了高自旋基態、窄帶隙、長波長吸收和本征導電性。這些以前未觀察到的特性使得從溶液中制造薄膜光電導探測器成為可能，該探測器顯示出大于 2.10×10 9 Jones 的特定探測率。這種能在室溫下的檢測技術非常接近當前所用的冷卻外延器件的檢測技術。這項工作為廣泛適用的低成本環境溫度紅外光電檢測提供了一個全新的平臺。該研究以題為“Broadband infrared photodetection using a narrow bandgap conjugated polymer”的論文發表在《 Science Advances》上。
 

        文章亮點：

 

　　(1)這項工作報道了在光譜區域使用 D-A共軛聚合物進行寬帶紅外光電檢測的技術。該探測器使用開殼式 D-A共軛聚合物有源層，對SWIR、MWIR 和 LWIR 段的光子進行感應，而目前除石墨烯以外的有機材料無法訪問這些區域。
 

　　(2)作者通過微波輔助的 Stille 交叉偶聯共聚反應開發了一種中性的高自旋D-A共軛聚合物，其大分子結構和電子拓撲結合在一起，能提供非常窄的光學帶隙(<0.10 eV)，是目前報道的共軛有機材料中和溶液可加工材料中比較低的。
 

　　(3)該工作提供了強大的穩定性、極低能量下的帶隙控制、光電特性的輕松合成調控、溶液可加工性和室溫操作——這些特性是其他基于半導體的光電探測器無法協同實現的。這些優勢以及探測器制造過程的簡易性有望為檢測紅外光電子提供一種替代方法并實現全新的設備技術。