近日，吉林大學電子科學與工程學院新型光電探測材料與器件團隊在光電探測領域取得重要進展，設計出可變響應光譜的光電探測器，相關成果發表于《自然·通訊》。
日夜成像技術可以在白天提供彩色可見光圖像，并在夜間顯示黑白紅外圖像，在諸如安防監控、機器視覺和自動駕駛等領域具有廣泛應用價值。帶有拜耳濾光片的傳統硅圖像傳感器具有紅外靈敏度，這會導致濾光片分色的失效，并導致圖像偏色。主流解決方案是通過與紅外濾光片切換器（ICR）相結合來實現的，但對ICR設備的重量和機械可靠性的擔憂，限制了其在輕量級和高魯棒性的系統，如無人機或車載攝像頭中的應用。因此，實現高質量的無ICR日夜成像技術具有重要意義。
為了應對這些挑戰，對可見光和紅外光具有光譜選擇性響應的多光譜光電探測器脫穎而出。作為新興的光電半導體材料，鹵化物鈣鈦礦在各種應用中得到了廣泛的探索。鈣鈦礦單晶因其高消光系數和可調直接帶隙成為成像應用的候選者。然而，基于鈣鈦礦單晶光電探測器的無ICR日夜成像仍然具有挑戰性，即需要制備一種窄帶隙的高質量鈣鈦礦單晶，然后在此基礎上實現光譜響應的調控。盡管鈣鈦礦材料優異的溶液加工性能允許制備具有可調光譜響應的探測器，但目前仍缺乏關于具有梯度帶隙的窄帶隙鈣鈦礦單晶的研究。
針對無ICR日夜成像對探測器的需求，研究團隊通過開發具有垂直金屬梯度分布的鈣鈦礦單晶，設計和研究了可變響應光譜的光電探測器。通過結合材料特性和理論計算，團隊證明了氧氣暴露對成分梯度的影響，并闡明了錫鉛鈣鈦礦和氧氣之間相互作用的具體影響。基于載流子漂移距離隨偏壓的變化，錫鉛鈣鈦礦光電探測器可以在從可見光到近紅外波段范圍，實現偏置電壓調控的光譜響應變換。此外，富錫表面抑制了未配位降解中心的形成，使得探測器表現出了長達一年的運行穩定性。最后，鈣鈦礦光電探測器在紅外光干擾下，展現出了與具有ICR的商用硅光電探測器相當的顏色還原能力。此外，鈣鈦礦光電探測器的高灰階分辨率使其在日夜成像應用中具有廣泛的應用潛力。
金屬合金鈣鈦礦光電探測器的發展，將為光電成像技術開辟一種有效的設計策略。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51762-3
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