近紅外（NIR）成像儀在軍事和民用領域，如安全監控、空間探測、夜視、光通信、自動駕駛和生物成像等方面具有廣泛應用。錫鉛（Sn-Pb）鈣鈦礦因其窄帶隙、寬光譜響應、高吸光系數、高載流子遷移率、低激子結合能、長擴散長度以及溶液加工性等優勢，被認為是一種極具前景的近紅外光電探測器材料。然而，Sn2?離子易快速結晶和氧化的特性嚴重限制了薄膜質量與器件性能。Sn2?的高路易斯酸性導致結晶過程過快，易引入裂紋和針孔，降低晶體完整性；同時其5s軌道電子活躍，容易氧化生成Sn空位缺陷。因此，要實現Sn-Pb鈣鈦礦在近紅外成像中的實際應用，仍需在降低暗電流、提高探測率、加快響應速度等方面取得突破，并推進其與CMOS或薄膜晶體管（TFT）讀出電路的高效單片集成。
圖1 Sn-Pb鈣鈦礦的結晶和Sn2?氧化的DFT分析
圖2 Sn-Pb鈣鈦礦的結晶和氧化的表征
圖3 Sn-Pb鈣鈦礦薄膜的性能
受所制備的Sn-Pb鈣鈦礦薄膜的卓越性能的啟發，研究人員制造了具有ITO/PTAA/Sn-Pb鈣鈦礦/C??/BCP/Ag垂直堆疊結構的自供電近紅外光電探測器，并對該單像素Sn-Pb鈣鈦礦光電探測器的結構和性能進行了表征，相關結果如圖4所示。
圖4 單像素Sn-Pb鈣鈦礦光電探測器的結構和性能
研究人員將這款性能優異的單像素Sn-Pb鈣鈦礦光電探測器與商用非晶硅薄膜晶體管（a-Si TFT）背板以垂直堆疊的方式進行了單片集成，從而構建了近紅外成像儀，相關集成結構及性能如圖5所示。
圖5 近紅外成像儀的整體集成及性能
綜上所述，這項研究通過將Sn-Pb鈣鈦礦光電探測器與商用TFT讀出電路單片集成，開發了一種經濟高效且高性能的近紅外成像儀。這一集成策略不僅體現了鈣鈦礦材料與硅基讀出電路之間良好的工藝兼容性，也為開發低成本、高靈敏、柔性近紅外成像系統提供了新的技術路線，在自動駕駛、生物成像、光學通信等領域具有廣闊的應用前景。
https://doi.org/10.1038/s41377-025-01987-8
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