我院在新型日盲深紫外光探测器及图像传感领域取得重要进展
近日，我院邱龙臻研究员、电子科学与应用物理学院罗林保教授、计算机与信息学院郭忠义教授合作，成功研发出一种基于超细聚合物纳米纤维的高灵敏日盲型深紫外光的光电探测器。相关成果以“Ultrathin Polymer Nanofibrils for Solar-Blind Deep Ultraviolet LightPhotodetectors Application”为题于2019年11月6日在线发表在国际著名杂志 Nano Letters上。这一成果为实现高性能日盲深紫外光电探测器和图像传感提供了一种新的策略。
日盲深紫外光电探测器由于不受太阳光的干扰，能在阳光环境条件下对深紫外光信号进行探测，因而在军事、国防和科研领域具有非常重要的应用。目前报道的深紫外光电探测器大都是基于Ga2O3、ZnMgO、金刚石等带隙大于3.6 eV的超宽禁带无机半导体材料（UWBS）。这些材料通常需要复杂的合成工艺，制造成本较高。此外，无机半导体材料的刚性也限制了其在柔性光电器件中的应用。
研究团队在深入分析了上述问题的基础上，提出并设计一种具有虚拟超宽带隙的聚合物半导体纳米纤维，用于制备深紫外光电探测器和图像传感器。该纳米纤维是将聚(3-己基噻吩)（P3HT）与聚(十六烷基氧亚甲基)（PHA）接枝聚合而成，通过简单的转移蚀刻法得到的平均直径约为15 nm的聚合物纳米纤维。纳米纤维的空穴迁移率为0.04 cm2V-1s-1。由于PHA壳可以选择性吸收200-300nm的日盲区深紫外光，聚(3-己基噻吩)-聚(十六烷基氧亚甲基)(P3HT-b-PHA)类似超宽带隙半导体，可以吸收深紫外光并产生激子，组装后的器件对254nm波长深紫外光的响应度为120 A/W，检测率为4.2×1014Jones，外量子效率高达49700%，但对普通365nm的紫外光和可见光几乎都无响应（图1）。理论模拟结果表明，这种与P3HT薄膜完全不同光敏性，主要与超细纳米结构的泄漏模型所引起的共振模式有关。进一步应用超细纳米纤维制作了100像素的柔性深紫外探测器，它们在弯曲应变下仍具有捕获静态深紫外图像的能力（图2）。这是第一次使用具有虚拟超宽带隙的聚合物纳米结构作为活性层，实现非超宽带隙半导体太阳盲深紫外光电探测器和图像传感。
图1. 基于超细聚合物搬到纳米纤维结构的日盲深紫外光的光电探测器的高响应性和选择性
图2. 基于超细聚合物半导体纳米纤维结构的日盲深紫外光图像传感器
上述工作得到国家自然科学基金、安徽省杰出青年科学基金、中央高校经费、先进功能材料与器件安徽省重点实验开放基金等项目的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b04410