近日，山西大學(xué)激光光譜研究所楊志春/肖連團教授研究團隊在鈣鈦礦近紅外成像芯片方面取得重要進展。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、自動駕駛、生物識別、消費電子等領(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.鈣鈦礦近紅外探測與成像芯片關(guān)鍵性能及實際應(yīng)用

研究團隊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，載流子擴散長度超過1500 nm；制備的近紅外探測器在780−1100 nm的峰值響應(yīng)度為0.49 A W⁻¹，比探測率為1.20×10¹²Jones，上升/下降時間為14.2/17.1 ns，技術(shù)指標達到國際前沿水平；將制備的近紅外光電探測器與商用硅基薄膜晶體管讀出電路單片集成，實現(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)用價值，為高性能、低成本近紅外成像芯片的設(shè)計與開發(fā)提供了新的技術(shù)選項，推動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、肖連團教授和華中科技大學(xué)陳煒教授。我校張國峰教授、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。該工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和山西省基礎(chǔ)研究計劃項目的支持。

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