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摘要
有机光侦测器 (OPDs) 因其低成本、机械柔性和高消光系数等优势，近年来在科学研究领域中备受关注。传统上，窄频 OPDs 需要高偏压才能获得自滤光功能，这限制了其在实际应用中的潜力。阳明交通大学光电系陈方中教授团队，凭借着对光电材料与器件的深入研究，开发了一个新颖的 光电倍增窄频 (PMN) 概念，利用伪双层结构来实现 深红光的高性能自滤光功能，并在 低偏压 下取得了惊人的 外量子效率 (EQE) 表现。这项突破性研究发表在 Advanced Optical Materials 期刊上，为开发高性能窄频 OPDs 提供了一种全新的设计思路，为未来的 深红光感测 应用开辟了新的可能性。
陈教授团队巧妙地利用了光电倍增的原理，设计了一个伪双层结构的 OPDs，由光子滤光 (PF) 层 和光电倍增 (PM) 层组成。PF 层吸收短波长的光子，只允许特定窄波段的光子穿过进入 PM 层，从而触发光电倍增效应。透过这种独特的设计，研究团队成功地让 OPDs 在低偏压 (–5.0 V) 下，于 680 nm 波长处获得了高达 5840% 的 EQE，这是在低偏压下窄频 OPDs 中取得的最高 EQE 值之一。
论文的关键发现
PMN 概念的核心在于巧妙地结合了 PF 层 和 PM 层 的功能，使得 OPDs 能够在低偏压下实现高性能的窄频光感测。PF 层 的作用是筛选特定波长的光子，让深红光更容易穿透进入 PM 层。当深红光照射到 PM 层时，会产生 光电倍增效应，让 OPDs 的 EQE 显著提升。
Figure 1. a) Device architecture of the PM-type narrowband OPDs. b) The energy levels of the organic materials used in this work. c) J–V curves of the PM-type narrowband OPDs measured in the dark and under illumination (AM1.5G, 100 mW cm−2). d) Working mechanism for the OPDs proposed in this study.
Figure 3. a) EQE and b) responsivity spectra at various external biases for the PM-type narrowband OPDs.
这项研究中，光焱科技 (Enlitech) 研发的高精度光电参数量测设备QE-R 量测系统发挥了重要的作用，帮助研究团队精准地量测了 OPDs 的 EQE 光谱，证明了 PMN 概念的有效性，为研究团队的分析和验证提供了可靠的基础。
除了高 EQE 值之外，研究团队还取得了其他重要的科技参数突破：
- 窄频带宽 (FWHM)： 54 nm
- –3 dB 带宽： 5.2 kHz
- 最大侦测度 (D)*： 2.60 × 1013 Jones
研究成果的影响
这些成果意味着，陈教授团队开发的 PMN 窄频 OPDs 不仅能有效地侦测深红光，而且能够在低偏压下实现高速响应和高灵敏度，为深红光感测在生物医学、生物成像和遥感等领域的应用提供了重要的技术基础。
深红光感测在生物医学领域有着广泛的应用。例如，深红光可以穿透生物组织，在生物成像中提供更深层的信息。此外，深红光还可以用于光动力疗法，杀死癌细胞。在遥感领域，深红光可以被用于监测植物生长、环境污染等。
陈教授团队的研究表明，通过合理的设计和利用先进的量测设备，可以实现高性能、低偏压、窄频 OPDs，为光电领域的发展做出重大贡献。这项研究也为其他研究团队提供了宝贵的借鉴，为开发更先进的光电材料和器件指明了方向。
原文出处
Advanced Optical Materials, First published: 20 May 2024
