红外探测器是目前在探测器领域最受关注的项目。由于红外上转换器成本很低,不需要在后端读出电路,而且制作非常简单,在生物检测、环境监测和军事科技方面拥有巨大的应用前景。
正是由于红外上转换器门槛较低,市面上的红外转换器质量普遍不高,存在成像线性动态范围不理想,能耗较高使用寿命较短,弱光响应性能迟钝,低光光转换效率较低的问题,在高质量的红外上转换器方面急需突破。
在红外上转换器面世的20年里,不断研发出了基于无机半导体,有机半导体和无机有机混合型半导体的红外上转换器。
在无机半导体上转换器中,发射单元和探测单元一般使用晶圆融合和晶格匹配技术,红外上转换器的成本主要来自这一块,这也是导致光光转换效率不高的主要原因。
无机有机混合型上转换器在弱光检测方面的性能不太理想,主要原因是其集成了无机光电探测器和有机发光二极管,制作过程更加方便,大大提高了光光转换效率。但是无机光电探测器和有机发光二极管非常受高结合能的影响,影响了混合型上转换器在弱光检测方面的性能。
红外探测器在航天遥感中的应用
电子科技大学的专家们对这个问题进行了长期的研究,终于取得了突破。通过堆叠界面exciplex有机发光单元和高性能有机红外探测器,开发出了一款新型红外上转换光电探测器。这款红外上转换光电探测器能够在1.56V的极低电压下,做到运行的开关比超过85k高性能红外上转换器,在具备弱光探测能力的同时,成像线性动态范围超过84dB,宽带探测区域能够做到从400nm到1064nm。
这款新型红外上转换光电探测器的光光转换效率能够达到12.92%。在弱光检测能力方面,能够实现对低至3.2 μW cm-2的光进行检测,这一数据比已经公布的上转换器提升了2个左右数量级。
器件结构与近红外生物成像
在近红外生物成像方面,新型红外上转换光电探测器的高成像线性动态范围和低能耗性能,能够提供强穿透力和高质量的生物成像,即使是在厚生物样品中,也能保证成像的高质量和高分辨率。这一特性使其在病理动态监测和无创缺陷检测方面,具有非常巨大的应用前景。
由于具备高线性动态范围和高分辨率,不仅能完成各种比较厚的生物样本的识别和成像,还能分辨细胞种群类别,比如破骨细胞种群。电子科技大学研发的这款红外上转换光电探测器在高质量低能耗近红外生物成像方面的性能,必将衍生出更多、更广泛的应用。