山西大学在钙钛矿近红外成像芯片方面取得重要进展

近日，山西大学激光光谱研究所杨志春/肖连团教授研究团队在钙钛矿近红外成像芯片方面取得重要进展。研究成果以“A monolithically integrated near-infrared imager with crystallization- and oxidation-modulated tin-lead perovskites”为题发表在Light: Science & Applications。

近红外成像芯片在安防监控、自动驾驶、生物识别、消费电子等领域具有重要应用。然而，传统的硅（Si）、锗（Ge）、铟镓砷（InGaAs）等器件存在制备工艺复杂、温度敏感和噪声大等问题，导致其制造成本高及成像质量差。此外，该类材料需要高温、高真空制备，导致其制造成本高、难以与柔性基底兼容，且Ge和InGaAs半导体存在与硅基读出电路单片异质集成困难等问题，制约了其广泛应用。

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图1.钙钛矿近红外探测与成像芯片关键性能及实际应用

研究团队通过低温溶液印刷窄带隙（~1.2 eV）锡铅钙钛矿，构建了p-i-n异质结近红外光电探测器，通过向钙钛矿前驱体溶液引入二苯基亚砜分子解决了锡铅钙钛矿结晶速度过快及易于氧化的关键问题；获得了高质量钙钛矿薄膜，载流子扩散长度超过1500 nm；制备的近红外探测器在780−1100 nm的峰值响应度为0.49 A W⁻¹，比探测率为1.20×10¹²Jones，上升/下降时间为14.2/17.1 ns，技术指标达到国际前沿水平；将制备的近红外光电探测器与商用硅基薄膜晶体管读出电路单片集成，实现了近红外成像芯片，芯片的空间分辨率为1.32 lp mm⁻¹。

该工作充分展示了金属卤化物钙钛矿材料在近红外波段的应用价值，为高性能、低成本近红外成像芯片的设计与开发提供了新的技术选项，推动了钙钛矿光电子器件的产业化应用。

我校杨志春副教授为论文第一作者，硕士生刘晶晶为论文第二作者，通讯作者为我校杨志春副教授、秦成兵教授、肖连团教授和华中科技大学陈炜教授。我校张国峰教授、陈瑞云教授、胡建勇副教授和贾锁堂教授共同参与了研究工作。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和山西省基础研究计划项目的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41377-025-01987-8