有機和無機
納米材料的結合，以及全溶液制程的采用，實現了可調諧短波紅外成像儀。
@][ a8:Y9I BhOXXa{B Tobias Rauch, Sandro F. Tedde, O. Hayden
NG!>7$@RV t|go5DXz4 人們對于短
波長紅外成像儀的興趣日益增長，與短波長紅外成像儀在這一特定
光譜區(qū)域上的應用日趨增多密不可分。商業(yè)上感興趣的波長范圍是在約1.1µm的硅帶隙極限到2µm之間的波段，因為水對于這一光譜區(qū)域的吸收較小。用于短波長紅外成像的光電
二極管通常是由鍺或化合物
半導體（如InGaAs）制成，而工藝復雜的量子井紅外光電探測器則用于多波長探測。然而，由于制作探測器陣列要使用非硅半導體材料，因此高分辨率短波長紅外成像依舊成本高昂。如果能降低制造成本或解決低帶隙半導體材料的供應等一些關鍵限制因素，那么短波長紅外成像就具有廣泛應用的巨大潛力。
R.91v4 J JZW gr&O< 有機電子器件很有潛力成為固態(tài)器件的一種頗受關注且成本低廉的替代物。在可見光譜區(qū)成像中，由溶液半導體制成的有機電子器件已經表現出了頗具前景的成像效果。最近的研究表明，工藝簡單的噴濺涂覆是批量制造具有高二極管整流和高量子效率的有機光電二極管的有效方法。[1]然而，對于波長大于1µm的短波長紅外成像應用，低帶隙有機吸收體的吸收能力不足以制造短波長紅外二極管。將納米晶半導體微粒作為短波長紅外吸收體植入有機半導體陣列中，以此形成的混合物二極管兼具了有機電子器件和膠質納米晶體的成本優(yōu)勢。將這些混合物有機光電二極管集成在非晶硅成像器底板上，形成一個用于短波長紅外成像的平板成像器，其可用于產生視頻（見圖1）。[2]
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| De!ti &oon'q5; 圖1：以1310nm波長輻照一只黑脈金斑蝶獲得的投影圖像（上圖，原物見小插圖）顯示了翅膀和觸角等一些細微特征。所采用的成像儀的分辨率為256×256像素，像素間距為154µm。二極管的截止頻率如波特圖（下圖）所示。
膠質量子點
;% /6Y~/ k&MlQ2'!< 與固態(tài)器件相比，有機半導體聚合物或小分子具有很大的優(yōu)勢，包括可以制作大面積感光區(qū)、多種幾何自由度、低溫處理以及可調節(jié)的光譜靈敏度。易加工的優(yōu)勢源自于這些半導體材料的全溶液制作過程——它們很容易溶解于一般有機溶劑中，因此可以采用
標準印刷技術實現快速而經濟的器件加工。最近出現了聚合物短波長紅外探測器的報道，但是其還沒有實現良好的二極管特性，在高反向偏壓下對于超過硅帶隙（約1100nm）波長的探測效率也不高。[3]
b24NL' jm ,Wz[t YL* 基于全溶液制作過程的膠質量子點適合取代短波長紅外吸收體進行光電探測。膠質量子點的尺寸一般為幾個納米，被一層配位體殼層包圍，通常是通過單鍋合成得到的。量子點的直徑可以在單一納米尺度上進行控制，它決定了光譜吸收等
光學性質，由于量子限制效應，因此也決定了光譜靈敏度。
FE0qw1{qQ ) j{WeG7L 最近報道的膠質量子點器件的壽命只有短短幾個星期，這是因為人們要在高靈敏度、短配位體以及低靈敏度、長但是絕緣的配位體這二者之間進行權衡。[4],[5],[6]此外，量子點
薄膜作為光電二極管還存在由于聚集效應導致各層不均勻的問題。因此，通常報道的只有厚度約為200nm的量子點薄膜，這是一個臨界值，因為為了在短波長紅外區(qū)域實現較高的內量子效率，要求厚度在微米量級。
`G_(xN7O sN6 0o 7. 尋找合適的混合物
IyrZe z w{_e"N 我們決定從摻雜膠質硫化鉛量子點的混合物二極管開始入手。硫化鉛量子點是合成物可以升級、并且可以獲取克量級的少數量子點之一。對于工業(yè)應用來說，新型納米材料有這樣一個穩(wěn)固的來源是至關重要的。已經報道的由量子點和有機半導體形成的合成物顯示了對于紅外光的靈敏性。然而，當量子點與僅通過空穴或電子導電的有機半導體混合時，它們的效率很低。這一結果其實不足為奇，因為可以預見，具有鈍化配位體殼層的量子點在合成物中的電荷運輸能力會顯得不足。
L@)b%Q@a &&]"Y!r - 我們將膠質量子點摻雜在通過電子和空穴導電的有機半導體中，形成的三元合成物實現了高靈敏度的短波長紅外光電二極管（見圖2）。這種二極管呈三明治結構：中間是全溶液制程的光敏吸收體層，上下分別是被PEDOT:PSS中間層覆蓋的氧化銦錫（ITO）陽極和低工函數陰極（Ca/Ag或Al）。像刮墨刀片一樣的吸收體層包括空穴導電的rr-P3HT、電子導電的PCBM以及油酸裹覆的硫化鉛量子點作為短波長紅外感光劑。硫化鉛量子點以約50%的體積比添加在有機半導體層中。通過透射電子顯微分析方法，研究人員演示了量子點在塊狀有機物中的均勻分布。一些尚未發(fā)表的結果表明，三元吸收體層甚至可以通過噴濺涂層的方法來制造，層厚可以制成幾個微米，這使得研究人員可以對內量子效率進行優(yōu)化。
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1m&!l6Jk 圖2：短波長紅外光電二極管的感光層是對一塊非晶硅TFT底板上層的溶液進行處理形成的。透射電子
顯微鏡得到的橫斷面圖像顯示了各層結構以及植有量子點的合成物。只有底層電極是結構化的，而其他各層都是非結構化的，與光刻方法制造離散光電二極管形成的像素相比，這種方法大大縮短了制造時間
與已經報道的全溶液制程的短波長紅外二極管相比，具有有源矩陣底板的成像器，不僅顯示出了更加優(yōu)良的二極管特性，而且顯示出了更為優(yōu)越的處理能力。這種器件獲得了高達51%的外部量子效率。利用玻璃
封裝的混合物二極管以及在室溫下工作，這種平板成像器的響應波長可達1.9µm。更加詳細的分析表明，該成像器的像素之間存在較低的光學串擾，其時間分辨率為2.5kHz（-3db時）和39.5kHz（-6db時），這使研究人員能夠在硅吸收限之外的1310nm波長上記錄視頻。
mXxZM;P[ k S@9c _3S 預計這種混合物光電二極管的應用將主要集中在工業(yè)領域，例如過程和環(huán)境監(jiān)測、主動夜視、監(jiān)視系統(tǒng)，以及光學相干斷層掃描等醫(yī)學短波長紅外成像領域。
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