实验室黄飞教授团队：基于杂化离子-电子半导体界面工程实现低暗电流短波红外光探测器

受限于核心元件InGaAs基光电探测器复杂的制备工艺与高昂成本，目前SWIR探测技术主要应用于科研及军事等领域，难以在民用消费级市场普及。作为一种极具前景的低成本替代方案，可溶液加工SWIR光电探测器（包括有机、胶体量子点体系）虽备受关注，但目前其性能表现尚待提升，面临瓶颈。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室黄飞教授课题组提出一种全新的基于杂化离子-电子半导体（HIES）的界面工程策略，实现了具有超低暗电流的溶液加工SWIR光电探测器，展示了一种高性价比、高性能的替代方案，助力SWIR探测技术的应用推广。

基于常见于高效二极管型溶液加工SWIR光电探测器的倒装结构，在器件空穴传输层与金属电极之间的界面处引入HIES层，通过调节HIES中抗衡离子（Br⁻/BArF4⁻）的比例，实现对Ag电极功函数在4.0 eV至5.1 eV范围内的连续精准调控。这一能级调控改变了传输层与电极界面处的局部能级结构，加剧了电极与传输层间的电子动量失配，显著抑制了反向偏压下的电子注入；同时，HIES层有效填充了界面处的针孔并充分钝化了界面缺陷态，阻断了漏电流通道并抑制了陷阱辅助产生的相关噪声。基于此双重机制，探测器的暗电流密度大幅降低两个数量级（低至6.7 × 10⁻8 A cm⁻2），特征响应波长1550 nm处比探测率提升至4.3 × 1012 Jones。将该高性能溶液加工SWIR光电探测器与CMOS读出电路垂直单片集成，成功制备了首个百万像素级（1280×1024）SWIR有机焦平面阵列成像芯片。该成像芯片不仅规避了传统InGaAs器件复杂的制备工艺，显著降低了成本，更凭借其优异的成像质量与宽动态范围，在硅片内检、食品筛选及全天候安防监控等领域展现出替代现有技术的广阔前景。

相关研究成果以“Hybrid ionic-electronic semiconductors forinterface engineering of ultra-low-dark-current solution-processed SWIRphotodetectors”为题发表在National Science Review上，其中通讯作者为黄飞教授，第一作者为曹云皓博士生、杨喜业博士、王亚中博士。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省基础与应用基础研究基金等科研项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf531