高灵敏度的全聚合物短波红外光电探测器，用于互补金属氧化物半导体集成成像技术，该技术得益于双受体n型聚合物的应用

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Highly Sensitive All-Polymer Short-Wavelength Infrared Photodetectors for Complementary Metal Oxide Semiconductor Integrated Imaging Enabled by Dual-Acceptor n-Type Polymers

短波红外有机光探测器性能优化及应用拓展，通过双受体聚合物设计（ThDPP-CNBTz/ThDPP-CNBSz）实现超低带隙（<1 eV）和深能级结构，器件在780-1060 nm响应度≥0.150 A/W，检测度>1012 Jones，可拉伸型经1000次拉伸后性能稳定，与硅基读出电路集成后达成高分辨率红外成像。

　　

摘要

短波长红外（SWIR）有机光电探测器（OPDs），尤其是全聚合物制成的光电探测器，在重要监测和成像领域具有巨大的商业潜力。然而，全聚合物SWIR OPDs的发展受到高性能n型超低带隙聚合物半导体缺乏的制约。在此，我们报道了两种双受体聚合物（ThDPP-CNBTz和ThDPP-CNBSz），这些聚合物以二氰基苯并噻二唑/苯并硒氮唑作为强受体单元，二酮吡咯作为次强受体单元，以及噻吩作为供体部分。这两种聚合物都具有超低的光学带隙和深的HOMO/LUMO能级，使其成为理想的全聚合物SWIR OPD受体材料。由于电荷生成和传输效率更高，基于ThDPP-CNBTz的全聚合物OPD在780至1060纳米波长范围内的响应度≥0.150 A W^?1。基于ThDPP-CNBSz的OPD具有更低的噪声电流，这归因于暗电流的热激活能较大和陷阱密度较低。因此，基于ThDPP-CNBTz和ThDPP-CNBSz的OPD在780–1140纳米和350–1240纳米光谱范围内的特定检测率分别超过了10¹² Jones。此外，基于ThDPP-CNBTz的可拉伸OPD在20%应变下经过1000次拉伸后性能衰减较小，这表明其在可穿戴重要监测应用中具有潜力。通过将PDPP-3T:ThDPP-CNBTz基OPD与基于硅的读出集成电路单片集成，还实现了高分辨率成像，可用于红外穿透和材料鉴别。

图形摘要

我们引入了双受体策略，并合成了两种具有超低光学带隙（低于1 eV）的聚合物受体，用于全聚合物短波长红外（SWIR）光电探测器。这些器件的特定检测率超过了10¹² Jones，在所有全聚合物SWIR光电探测器中名列前茅。此外，通过与基于硅的读出集成电路单片集成，还实现了高分辨率成像。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充信息中找到。