中國(guó)科學(xué)院大學(xué)光電學(xué)院孟祥悅課題組在錫基鈣鈦礦高分辨率近紅外成像方面取得新進(jìn)展

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 近紅外(NIR)圖像傳感器因其在安防檢測(cè)、遠(yuǎn)程感知和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而備受關(guān)注，主要得益于近紅外光在穿透煙霧、生物組織和塑料等介質(zhì)方面優(yōu)于可見光和紫外光的穿透能力。鈣鈦礦材料因其低成本、可調(diào)節(jié)帶隙、高吸收系數(shù)及優(yōu)異的光電性能，被視為理想的NIR圖像傳感器材料。然而，傳統(tǒng)的鉛基鈣鈦礦材料因毒性和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性限制了其在高分辨率成像中的應(yīng)用。通過將鉛替換為無(wú)毒的錫(Sn)，不僅可以消除鉛的毒性，還能拓展材料對(duì)NIR區(qū)域的響應(yīng)。然而，基于無(wú)鉛鈣鈦礦的高分辨率NIR成像陣列尚未得到實(shí)現(xiàn)，主要由于多晶無(wú)鉛鈣鈦礦薄膜結(jié)構(gòu)完整性不足，導(dǎo)致缺陷和晶界較多，限制了器件在暗電流和弱光響應(yīng)方面的性能。
 

　　近日，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)光電學(xué)院孟祥悅教授課題組成功通過簡(jiǎn)便的旋涂工藝制備了一種無(wú)毒的準(zhǔn)單晶錫基鈣鈦礦薄膜，展現(xiàn)出高結(jié)構(gòu)完整性和有效的NIR響應(yīng)。通過一系列原位表征，研究揭示了準(zhǔn)單晶薄膜的有序生長(zhǎng)模式，顯著減少了晶體陷阱和晶界。基于此薄膜制成的自供電NIR光電探測(cè)器在780至890 nm的波段內(nèi)表現(xiàn)出超過10¹³ Jones的探測(cè)靈敏度。此外，64×64像素的NIR成像陣列憑借其高結(jié)構(gòu)完整性，實(shí)現(xiàn)了超弱NIR光(63 nW cm?²)條件下的實(shí)時(shí)成像、指紋成像以及隱形物識(shí)別。這一研究填補(bǔ)了無(wú)鉛鈣鈦礦材料在高分辨率NIR成像領(lǐng)域的空白，為未來低毒、高性能光電傳感器和成像器件的開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
 

　　圖1. 準(zhǔn)單晶錫基鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌表征。 準(zhǔn)單晶錫基鈣鈦礦薄膜表現(xiàn)出減少的晶界和高度定向的晶體取向

 

　　圖2. 準(zhǔn)單晶錫基鈣鈦礦薄膜生長(zhǎng)模式的研究。 有序生長(zhǎng)模式使得準(zhǔn)單晶錫基鈣鈦礦薄膜表現(xiàn)出減少的晶界和高度定向的晶體取向

 

　　圖3. 基于準(zhǔn)單晶錫基鈣鈦礦薄膜的近紅外光電探測(cè)器陣列。 NIR成像陣列實(shí)現(xiàn)了極弱NIR光(63 nW cm?²)的實(shí)時(shí)成像、指紋成像和隱形物識(shí)別

 

　　這一成果近期發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上，文章的第一作者是中國(guó)科學(xué)院大學(xué)博士研究生劉天華。