錫鉛（Sn-Pb）鈣鈦礦近年來已成為極具吸引力的近紅外光電探測器和成像儀半導體材料，這歸功于其優異的材料特性，包括窄帶隙、高光吸收系數、長載流子擴散長度、優異的機械柔韌性和具有成本效益的制造工藝。然而，錫鉛鈣鈦礦薄膜的質量和相應光電探測器的性能仍然受到極大限制。一方面，錫原子上存在立體化學活性的孤對電子，阻礙了鈣鈦礦前驅體中Sn2?與路易斯堿配體之間的有效配位，導致錫基和鉛基物種結晶不平衡，薄膜質量分布不均。另一方面，Sn2?的強路易斯酸性導致其氧化為不需要的Sn??，從而產生有害的p型自摻雜和非輻射載流子復合。這些因素反過來導致錫鉛鈣鈦礦具有高陷阱密度和氧敏感性，影響了近紅外光電探測器進一步商業化的運行穩定性。
據麥姆斯咨詢報道，近日，山西大學和杭州電子科技大學的研究團隊在前驅體墨水中引入氯化銨（NH?Cl），以調節錫鉛鈣鈦礦薄膜的結晶動力學，抑制Sn2?的氧化，并鈍化相關缺陷。所制備光電探測器實現了300–1100 nm的寬光譜響應，具有1.42×1011 Jones的優異比探測率、173 dB的線性動態范圍以及377/860 ns的超快上升/下降時間。優化后的器件在980 nm連續開關近紅外輻射下持續工作120分鐘后，性能衰減幾乎可以忽略不計。此外，我們將光電探測器與商用晶體管讀出電路集成用于成像，在近紅外輻射下提供了卓越的成像質量，空間分辨率達到1.67 lp mm?1。這項工作為開發先進的近紅外成像儀以及錫鉛鈣鈦礦半導體在智能消費電子領域的商業化鋪平了道路。相關研究成果以“Ultrasensitive Sn-Pb perovskite photodetector for monolithic near-infrared imaging”為題發表在Nano Energy期刊上。
研究人員利用掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）、飛行時間二次離子質譜（TOF-SIMS）測量、飛秒瞬態吸收光譜（fs-TAS）等方式分析了NH?Cl對錫鉛鈣鈦礦薄膜形態、結晶度、空間分布、光學性質、載流子復合等的影響，相關結果如圖2所示。
受到錫鉛鈣鈦礦薄膜質量提升的鼓舞，研究人員基于錫鉛鈣鈦礦薄膜制備了自供能光電探測器，器件結構如圖3a所示。研究人員對該錫鉛鈣鈦礦探測器的光電性能及探測能力進行了測試，相關結果如圖3所示。結果表明，該錫鉛鈣鈦礦探測器探測范圍覆蓋300–1100 nm，比探測率達1.42×1011 Jones，線性動態范圍173 dB，上升/下降時間僅377/860 ns，并在980 nm連續工作120 min幾乎無性能衰減，兼顧高速、低噪聲與長期穩定性。
圖3 錫鉛鈣鈦礦探測器結構及性能表征
研究人員將優化后的錫鉛鈣鈦礦探測器與商用TFT讀出電路單片集成，構建了64×64像素近紅外成像儀，并對其進行了評估和成像演示，相關結果如圖4所示。結果顯示，該近紅外成像儀實現了1.67 lp mm?1空間分辨率，在808/980/1064 nm下獲得清晰、高對比成像；該成果展示了錫鉛鈣鈦礦在智能消費電子與近紅外成像領域的可規模化應用前景。
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2026.111705
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