具有超高光增益的有机杂化纳米光检测器

Untitled2在光纤通信、实时监控、逻辑电路和化学/生物传感等应用领域中经常需要对光的强度进行检测,而光检测器性能的好坏直接决定了这些应用的实际价值。开关比、动态线性范围、响应度、检测度和光增益等是评价光检测器性能的重要指标。其中,光增益这一指标表征的是光检测器在一个光子照射时所产生的载流子数目。因此,光增益较高的光检测器具有对数量较少的光子甚至单光子进行检测的能力。然而,光增益与器件结构之间存在怎样的依赖关系,进而如何通过优化器件结构来提升器件光增益性能仍然没有在之前的文献报道中得到很好的揭示。

北京大学化学与分子工程学院、北京分子科学国家实验室郭雪峰及其合作者针对这一问题,利用易于化学刻蚀加工的碳纳米材料制备了不同沟道尺寸的电极,并通过旋涂组装聚3-己基噻吩和[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯共混物构筑了具有超高光增益的纳米尺度有机杂化光检测器,率先从实验角度出发揭示了光增益与电极间距、工作电压之间的理论关系,其获得的光增益值最高可达106相关结果近期在线发表于Small上

聚3-己基噻吩和[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯共混物是典型的导电聚合物与富勒烯衍生物的组合,已成为有机异质结太阳能电池和光电检测领域的模型体系。该共混物在紫外可见光区域有较好的吸收特性,能有效地发生光生激子的产生和分离等过程。得益于碳纳米材料易于化学加工的特性及其与有机光响应材料之间优良的界面接触,该研究团队成功利用其独具特色的碳纳米材料电极加工技术在导电聚合物与富勒烯衍生物模型体系上探索了光增益与器件结构之间的依赖关系,并由此出发制备了具有超高光增益的纳米尺度有机杂化光检测器。实验结果表明,光检测器光增益性能与其工作电压成正比,与电极间距则成平方反比关系。作者也通过设计实验发现不同比例的导电聚合物和富勒烯衍生物对器件光增益性能几乎没有影响,进一步证明了工作电压和电极间距是影响光增益的重要参数。该研究团队所构筑的超高光增益光检测器可以在室温和较低电压下工作,并具有与现有微电子技术相兼容的特性,使其能够在生物医学成像、量子计算和信息安全等新兴领域产生广阔的应用前景。

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