2021-06-15
 
《Science》子刊:基于窄带隙共轭聚合物的低成本室温红外光电检测技术问世!
2021年06月15日   阅读量:331

红外光的检测构成了现代工业、科学、能源、医疗和国防应用等多个领域的研究基础。能够跨越短波(SWIR)、中波(MWIR)和长波红外 (LWIR)的光电探测技术更是受到现代科学研究的青睐。当前,使用最先进窄带隙半导体的光电探测设备需要复杂的制造过程、高的制造成本和严格的冷却要求,这对于其广泛应用来说仍面临着巨大挑战中国化工网okmart.com

美国南密西西比大学Jason D. Azoulay等人报道了一种基于能跨越 SWIR-LWIR 宽带范围的供体-受体(D-A)共轭聚合物的高性能红外光电检测技术。该聚合物π共轭骨架内的电子相关性促进了高自旋基态、窄带隙、长波长吸收和本征导电性。这些以前未观察到的特性使得从溶液中制造薄膜光电导探测器成为可能,该探测器显示出大于 2.10×109 Jones 的特定探测率。这种能在室温下的检测技术非常接近当前所用的冷却外延器件的检测技术。这项工作为广泛适用的低成本环境温度红外光电检测提供了一个全新的平台。该研究以题为“Broadband infrared photodetection using a narrow bandgap conjugated polymer”的论文发表在《Science Advances》上。

文章亮点:

(1)这项工作首次报道了在光谱区域使用 D-A共轭聚合物进行宽带红外光电检测的技术。该探测器使用开壳式 D-A共轭聚合物有源层,对SWIR、MWIR 和 LWIR 段的光子进行感应,而目前除石墨烯以外的有机材料无法访问这些区域。

(2)作者通过微波辅助的 Stille 交叉偶联共聚反应开发了一种中性的高自旋D-A共轭聚合物,其大分子结构和电子拓扑结合在一起,能提供非常窄的光学带隙(<0.10 eV),是目前报道的共轭有机材料中和溶液可加工材料中最低的。

(3)该工作提供了强大的稳定性、极低能量下的带隙控制、光电特性的轻松合成调控、溶液可加工性和室温操作——这些特性是其他基于半导体的光电探测器无法协同实现的。这些优势以及探测器制造过程的简易性有望为检测红外光电子提供一种替代方法并实现全新的设备技术。

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