Sensitive Organic Photodetectors With Spectral Response up to 1.3 µm Using a Quinoidal Molecular Semiconductor

材料科学 光电探测器 暗电流 半导体 光电子学 量子效率 光电效应 光电二极管 红外线的 光学 物理
作者
Bingyan Yin,Xia Zhou,Yuyang Li,Gangjian Hu,Wenkui Wei,Mingqun Yang,Seonghun Jeong,Wanyuan Deng,Baoqi Wu,Yunhao Cao,Bo Huang,Langheng Pan,Xiao‐Ru Yang,Zhenyu Fu,Yanjun Fang,Liang Shen,Changduk Yang,Hongbin Wu,Linfeng Lan,Fei Huang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (19): e2310811-e2310811 被引量:122
标识
DOI:10.1002/adma.202310811
摘要

Detecting short-wavelength infrared (SWIR) light has underpinned several emerging technologies. However, the development of highly sensitive organic photodetectors (OPDs) operating in the SWIR region is hindered by their poor external quantum efficiencies (EQEs) and high dark currents. Herein, the development of high-sensitivity SWIR-OPDs with an efficient photoelectric response extending up to 1.3 µm is reported. These OPDs utilize a new ultralow-bandgap molecular semiconductor featuring a quinoidal tricyclic electron-deficient central unit and multiple non-covalent conformation locks. The SWIR-OPD achieves an unprecedented EQE of 26% under zero bias and an even more impressive EQE of up to 41% under a -4 V bias at 1.10 µm, effectively pushing the detection limit of silicon photodetectors. Additionally, the low energetic disorder and trap density in the active layer lead to significant suppression of thermal-generation carriers and dark current, resulting in excellent detectivity (Dsh *) exceeding 1013 Jones from 0.50 to 1.21 µm and surpassing 1012 Jones even at 1.30 µm under zero bias, marking the highest achievements for OPDs beyond the silicon limit to date. Validation with photoplethysmography measurements, a spectrometer prototype in the 0.35-1.25 µm range, and image capture under 1.20 µm irradiation demonstrate the extensive applications of this SWIR-OPD.
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