近日，山西大學(xué)激光光譜研究所楊志春/肖連團(tuán)教授研究團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦近紅外成像芯片方面取得重要進(jìn)展。研究成果以“A monolithically integrated near-infrared imager with crystallization- and oxidation-modulated tin-lead perovskites”為題發(fā)表在Light: Science & Applications。

近紅外成像芯片在安防監(jiān)控、自動(dòng)駕駛、生物識(shí)別、消費(fèi)電子等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的硅（Si）、鍺（Ge）、銦鎵砷（InGaAs）等器件存在制備工藝復(fù)雜、溫度敏感和噪聲大等問題，導(dǎo)致其制造成本高及成像質(zhì)量差。此外，該類材料需要高溫、高真空制備，導(dǎo)致其制造成本高、難以與柔性基底兼容，且Ge和InGaAs半導(dǎo)體存在與硅基讀出電路單片異質(zhì)集成困難等問題，制約了其廣泛應(yīng)用。

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圖1.鈣鈦礦近紅外探測(cè)與成像芯片關(guān)鍵性能及實(shí)際應(yīng)用

研究團(tuán)隊(duì)通過低溫溶液印刷窄帶隙（~1.2 eV）錫鉛鈣鈦礦，構(gòu)建了p-i-n異質(zhì)結(jié)近紅外光電探測(cè)器，通過向鈣鈦礦前驅(qū)體溶液引入二苯基亞砜分子解決了錫鉛鈣鈦礦結(jié)晶速度過快及易于氧化的關(guān)鍵問題；獲得了高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜，載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度超過1500 nm；制備的近紅外探測(cè)器在780−1100 nm的峰值響應(yīng)度為0.49 A W⁻¹，比探測(cè)率為1.20×10¹²Jones，上升/下降時(shí)間為14.2/17.1 ns，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際前沿水平；將制備的近紅外光電探測(cè)器與商用硅基薄膜晶體管讀出電路單片集成，實(shí)現(xiàn)了近紅外成像芯片，芯片的空間分辨率為1.32 lp mm⁻¹。

該工作充分展示了金屬鹵化物鈣鈦礦材料在近紅外波段的應(yīng)用價(jià)值，為高性能、低成本近紅外成像芯片的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了新的技術(shù)選項(xiàng)，推動(dòng)了鈣鈦礦光電子器件的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

我校楊志春副教授為論文第一作者，碩士生劉晶晶為論文第二作者，通訊作者為我校楊志春副教授、秦成兵教授、肖連團(tuán)教授和華中科技大學(xué)陳煒教授。我校張國(guó)峰教授、陳瑞云教授、胡建勇副教授和賈鎖堂教授共同參與了研究工作。該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和山西省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41377-025-01987-8