短波紅外（SWIR）探測器在目標成像、環境監測、安全監控和醫療診斷等領域具有重要應用，但現有技術仍面臨諸多挑戰。傳統硅基探測器由于帶隙限制，僅能在可見光至近紅外波段實現高精度檢測，而短波紅外波段的探測通常依賴于鍺（Ge）、銦鎵砷（InGaAs）、鉛硫化物（PbS）量子點和汞鎘碲（MCT）等材料。然而，這些材料的制備工藝復雜且成本高昂，例如分子束外延（MBE）和金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）需要高溫處理，不僅增加了生產成本，還限制了與互補金屬氧化物半導體（CMOS）電路的集成應用。因此，開發一種低成本、高效能的短波紅外探測器材料具有重要意義。據麥姆斯咨詢報道，近日，深圳大學和華中科技大學的研究團隊基于晶體生長熱力學和動力學分析，通過對預碲硒合金（Te0.7Se0.3）粉末進行熱蒸發和對Te0.7Se0.3薄膜進行氣氛輔助慢熱退火，可以獲得最佳（100）生長取向的Te0.7Se0.3光吸收劑。憑借優化的Te0.7Se0.3光吸收劑和Te0.7Se0.3/ZnO異質結界面，該自驅動薄膜光電探測器具有300-1600 nm的寬光譜響應范圍，最小暗電流密度為3.1 × 10?? mA cm?2，在1300 nm處具有0.06 A W?1的令人滿意的響應率和5.9 × 10? Jones的探測率，線性動態范圍超過101 dB。有趣的是，基于該光電探測器的成像系統可以實現從可見光到短波紅外光的高精度彩色成像和多光譜成像，凸顯了Te0.7Se0.3光電探測器的誘人應用潛力。這項研究以“Crystal Growth Promotion Enables High-Performance Te0.7Se0.3?Thin-Film Shortwave Infrared Photodetector for Multispectral Imaging Applications”為題發表在Advanced Functional Materials期刊上。研究人員使用混合和預合金化Te0.7Se0.3粉末作為熱蒸發源，將Te0.7Se0.3光吸收和光敏薄膜熱沉積在ZnO涂層的氟摻雜氧化錫（FTO）玻璃上；在氬氣管式爐中進行了緩慢退火處理，以精細控制薄膜的結晶和生長。圖1展示了Te0.7Se0.3薄膜的晶體結構和形貌表征。研究人員利用X射線光電子能譜（XPS）和拉曼光譜深入分析Te0.7Se0.3薄膜的光電性能，相關結果如圖2所示。圖1?Te0.7Se0.3薄膜的晶體結構和形貌表征接著，基于優化的Te0.7Se0.3光吸收層，研究團隊設計并制備了基于FTO/ZnO/Te0.7Se0.3/Au架構的薄膜光電探測器（如圖3a），并探索了該探測器異質結界面的電學特性和載流子傳輸的機制，相關結果如圖3所示。結果表明，優化的Te0.7Se0.3薄膜可以同時抑制界面載流子非輻射復合并增強載流子分離和轉移，這非常有利于該異質結光電探測器提升性能。因此，研究人員測量了Te0.7Se0.3薄膜光電探測器的光電探測性能，相關結果如圖4所示。圖3?Te0.7Se0.3薄膜光電探測器的設計及其界面電學特性圖4?Te0.7Se0.3薄膜光電探測器的光電探測性能Te0.7Se0.3薄膜光電探測器的寬光譜響應范圍可達300–1600 nm，使其在多光譜成像應用頗具優勢。最后，研究團隊利用Te0.7Se0.3薄膜光電探測器設計了單像素掃描多光譜成像系統，包含光源、光柵、掩模、光電探測器和計算處理單元，并進行了成像演示，演示結果如圖5所示。成像結果展示了該Te0.7Se0.3薄膜光電探測器在多光譜成像應用場景的巨大潛力。圖5 基于Te0.7Se0.3薄膜光電探測器的多光譜成像演示綜上所述，該可見光-短波紅外在多光譜成像中展現出超越商用硅基和InGaAs探測器的性能，尤其在近紅外/短波紅外波段的生物組織成像中表現出優異的識別能力。這項研究突破了傳統短波紅外探測材料的制備瓶頸，通過低成本物理氣相沉積技術實現了高性能探測器的集成應用。這一成果為未來低成本、大面積短波紅外探測器的商業化提供了新路徑，同時啟發科研人員關注界面工程與晶體取向優化對光電器件性能的提升作用，推動多光譜成像技術在環境監測、醫療診斷等領域的拓展應用。https://doi.org/10.1002/adfm.202425690延伸閱讀：
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《蘋果在量子點光電傳感器領域的發明專利與產業布局分析》
《新興圖像傳感器技術及市場-2024版》
《自動駕駛及艙內感知應用的紅外相機技術及市場-2025版》
