综述：室温有机光电探测器的特性

《Light-Science & Applications》：Peculiarities of room temperature organic photodetectors

本综述系统阐述了室温有机光电探测器（OPD）相较于传统无机探测器（ISC）的独特优势（如机械柔性、光谱可调性）与核心挑战（如载流子迁移率低、稳定性差），重点剖析了其物理机制（如激子分离、跳跃传输）和器件结构（光电导、光伏、场效应晶体管模式），并指出当前性能评估中存在探测率（D*）高估等问题，为有机光电器件的设计与应用提供重要参考。

　　

有机半导体基础

有机半导体（OSC）以碳为基础骨架，通过sp²杂化形成π共轭体系，其最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占分子轨道（LUMO）分别类比无机半导体（ISC）的价带和导带。然而，OSC中光生载流子以激子（束缚电子-空穴对）形式存在，且载流子传输依赖分子间跳跃机制，导致迁移率（通常为10^?4–10⁰cm²/V·s）远低于ISC。OSC的沉积技术（如真空蒸发、旋涂）兼容柔性衬底（塑料、金属箔），支持低成本大面积制备。

光电探测器性能极限

探测率（D）的物理极限受信号涨落极限（SFL）和背景辐射极限（BLIP）制约。OSC光电二极管（OPD）的最高探测率与典型ISC器件（如Si、InGaAs）相当，但部分报道的D值（如>10¹⁵Jones）因未考虑光门控（photogating）增益或噪声测量误差而被高估。

OSC探测器工作机制

OSC探测器主要分为光电导（PC）、光伏（PV）和场效应晶体管（FET）模式。PC和FET器件通过陷阱辅助增益实现高响应度（EQE >100%），但响应速度与增益存在权衡；PV模式（如OPD）暗电流低，但无内增益（EQE <100%）。载流子寿命（约10^?6s）和吸收系数（10⁴–10⁵cm^?1）共同影响性能，其中√(ατ)是关键品质因子。

器件设计与性能

OPD常用体异质结（BHJ）结构，通过给体（D）/受体（A）界面分离激子。暗电流主要源于中间带隙陷阱态，而非带间跃迁。窄带探测可通过电荷收集窄化（CCN）、微腔滤波等技术实现。光电倍增型OPD利用陷阱辅助隧穿实现增益，但存在响应速度慢的问题。有机FET光电晶体管通过光门控效应获得高响应度（>10⁶A/W），但动态范围受限且D*易被高估。

结论与展望

OSC探测器在柔性、光谱调控和成本方面优势显著，但载流子迁移率、稳定性及性能重现性仍是挑战。未来需优化材料设计（如高迁移率聚合物）、界面工程（如能级匹配）和制备工艺（如大面积均匀性），以推动其在成像、传感等领域的应用。