近日，南科大电子与电气工程系副教授罗丹课题组开发了探测窗口可调的双模式有机光电探测器，成果以“近红外和可见光双模式的有机光电探测器（Near infrared and visible light dual-mode organic photodetectors）”为题在《科学进展》（Science Advances，IF: 12.804）发表。

近年来，以薄膜半导体为基础的光电探测技术在环境检测、健康诊断及安防监测等诸多领域展现出了良好的应用前景。有机光电探测器具有响应度高、可溶液加工、光谱可调等优点，具有成为下一代高性能光探测技术的潜力。

传统的光电探测器只有一个工作模式，探测光谱的波长窗口不可调。实现探测波长窗口可调的光电探测器一直是研究的热点，但目前的研究成果集中于通过翻转探测器、改变光入射方向来调节探测器的工作波长窗口，不具有实际应用的可靠性。实现电压控制的波长窗口可调的光电探测器仍然是一个研究挑战。

双模探测器的光响应度光谱和模拟光学分布：(A)负偏压下的响应度；(B)正偏压下的响应度；(C)光生载流子在器件内的深度分布图

课题组提出一种近红外和可见光的双模式/双波段可调的有机光电探测器，其器件结构主要包括可见光吸收层、光学间隔层、近红外吸收层。研究发现，基于此结构的有机薄膜光电探测器具有近红外和可见光两种不同波段光响应的工作模式。在近红外光照射下，光电流从近红外吸收层产生，其工作原理是在负偏压下，有机薄膜层和阴极电极的界面发生陷阱导致的近红外光响应的载流子注入。而在可见光的照射下，光电流则从可见光吸收层产生，原理是在正偏压下，可见光响应的载流子注入发生在阳极电极和有机薄膜层的界面。

罗丹课题组2016级南科大-香港浸会大学联培博士生蓝钊珏介绍，此双模式光电探测器的特点在于其在反偏压下表现为日盲型红外响应，而在正偏压下对近红外光无响应，对短波段和长波段的入射光均有高达10A/W的响应度。近红外光照下的光电流在负偏压区域产生，可见光下的光电流在正偏压区域产生。双模探测器在负偏压下工作时，方波调制的近红外光产生了稳定的响应光电流，当近红外光源被换成可见光光源后，光电流降为0。在正偏压下工作时，双模探测器在可见光照射下没有产生光电流，当可见光光电源被换成近红外光源后，产生了稳定的可见光响应光电流。这证明双模式光电探测器具有对入射光波长的选择性，是其他探测器不具备的性质。

双模探测器的光电响应特性：(A)近红外光照下的伏安特性；(B)可见光照下的伏安特性；(C)在近红外光和可见光照下的光电流变化

相对于传统的单模式光电探测器，高性能的近红外和可见光双模式/双波段探测器为光探测技术提供了新的可能性。此双模式探测器的设计是通用的，还可以用来设计不同波长范围的双模式响应器件。基于溶液法加工的有机薄膜制备流程还有低成本、可大面积制造、柔软性等优点。本工作中提出的双模式有机光电探测器可用于不同波长的成像、环境污染探测、医疗健康和安防监测等应用。

蓝钊珏介绍，探测波长窗口可调节的光电探测器能够对光探测领域提供更多可能性，在未来可应用于医疗成像、光学检测、光通信等领域。课题组目前仍在继续进行双模式/双波段光电探测器的研究，旨在更深入理解双模式/双波段光探测的性质。目前待解决的问题有降低驱动电压、调节探测波长等。

蓝钊珏为文章第一作者。罗丹和香港浸会大学物理系教授朱福荣为文章的通讯作者。

论文第一作者蓝钊珏

蓝钊珏是南科大电子与电气工程系光电信息科学与工程专业2016届本科毕业生、2016级南科大-香港浸会大学联合培养博士生，本科学习期间曾参与成立了南方科技大学OSA(美国光学学会)学生分会。蓝钊珏曾参加第十一届亚洲有机电子研讨会并作题为“近红外和可见光双模式的有机光电探测器（Near infrared and visible light dual-mode organic photodetectors）”的学术海报报告，获得大会颁发的《材料化学A》学术海报奖。

论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/5/eaaw8065

供稿单位：电子与电气工程系

编辑：刘馨

主图设计：丘妍