【儀表網 研發快訊】 近紅外(NIR)圖像傳感器因其在安防檢測、遠程感知和醫學成像等領域的廣泛應用而備受關注，主要得益于近紅外光在穿透煙霧、生物組織和塑料等介質方面優于可見光和紫外光的穿透能力。鈣鈦礦材料因其低成本、可調節帶隙、高吸收系數及優異的光電性能，被視為理想的NIR圖像傳感器材料。然而，傳統的鉛基鈣鈦礦材料因毒性和結構不穩定性限制了其在高分辨率成像中的應用。通過將鉛替換為無毒的錫(Sn)，不僅可以消除鉛的毒性，還能拓展材料對NIR區域的響應。然而，基于無鉛鈣鈦礦的高分辨率NIR成像陣列尚未得到實現，主要由于多晶無鉛鈣鈦礦薄膜結構完整性不足，導致缺陷和晶界較多，限制了器件在暗電流和弱光響應方面的性能。
 

　　近日，中國科學院大學光電學院孟祥悅教授課題組成功通過簡便的旋涂工藝制備了一種無毒的準單晶錫基鈣鈦礦薄膜，展現出高結構完整性和有效的NIR響應。通過一系列原位表征，研究揭示了準單晶薄膜的有序生長模式，顯著減少了晶體陷阱和晶界。基于此薄膜制成的自供電NIR光電探測器在780至890 nm的波段內表現出超過10¹³ Jones的探測靈敏度。此外，64×64像素的NIR成像陣列憑借其高結構完整性，實現了超弱NIR光(63 nW cm?²)條件下的實時成像、指紋成像以及隱形物識別。這一研究填補了無鉛鈣鈦礦材料在高分辨率NIR成像領域的空白，為未來低毒、高性能光電傳感器和成像器件的開發奠定了堅實基礎。
 

　　圖1. 準單晶錫基鈣鈦礦薄膜的結構和形貌表征。 準單晶錫基鈣鈦礦薄膜表現出減少的晶界和高度定向的晶體取向

 

　　圖2. 準單晶錫基鈣鈦礦薄膜生長模式的研究。 有序生長模式使得準單晶錫基鈣鈦礦薄膜表現出減少的晶界和高度定向的晶體取向

 

　　圖3. 基于準單晶錫基鈣鈦礦薄膜的近紅外光電探測器陣列。 NIR成像陣列實現了極弱NIR光(63 nW cm?²)的實時成像、指紋成像和隱形物識別

 

　　這一成果近期發表在Angewandte Chemie International Edition上，文章的第一作者是中國科學院大學博士研究生劉天華。