近紅外（NIR）圖像傳感器因其在安防檢測、遠(yuǎn)程感知和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而備受關(guān)注，主要得益于近紅外光在穿透煙霧、生物組織和塑料等介質(zhì)方面優(yōu)于可見光和紫外光的穿透能力。鈣鈦礦材料因其低成本、可調(diào)節(jié)帶隙、高吸收系數(shù)及優(yōu)異的光電性能，被視為理想的NIR圖像傳感器材料。然而，傳統(tǒng)的鉛基鈣鈦礦材料因毒性和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性限制了其在高分辨率成像中的應(yīng)用。通過將鉛替換為無毒的錫（Sn），不僅可以消除鉛的毒性，還能拓展材料對NIR區(qū)域的響應(yīng)。然而，基于無鉛鈣鈦礦的高分辨率NIR成像陣列尚未得到實現(xiàn)，主要由于多晶無鉛鈣鈦礦薄膜結(jié)構(gòu)完整性不足，導(dǎo)致缺陷和晶界較多，限制了器件在暗電流和弱光響應(yīng)方面的性能。

近日，中國科學(xué)院大學(xué)光電學(xué)院孟祥悅教授課題組成功通過簡便的旋涂工藝制備了一種無毒的準(zhǔn)單晶錫基鈣鈦礦薄膜，展現(xiàn)出高結(jié)構(gòu)完整性和有效的NIR響應(yīng)。通過一系列原位表征，研究揭示了準(zhǔn)單晶薄膜的有序生長模式，顯著減少了晶體陷阱和晶界?；诖吮∧ぶ瞥傻淖怨╇奛IR光電探測器在780至890 nm的波段內(nèi)表現(xiàn)出超過1013 Jones的探測靈敏度。此外，64×64像素的NIR成像陣列憑借其高結(jié)構(gòu)完整性，實現(xiàn)了超弱NIR光（63 nW cm?2）條件下的實時成像、指紋成像以及隱形物識別。這一研究填補了無鉛鈣鈦礦材料在高分辨率NIR成像領(lǐng)域的空白，為未來低毒、高性能光電傳感器和成像器件的開發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)。

圖1. 準(zhǔn)單晶錫基鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)和形貌表征。 準(zhǔn)單晶錫基鈣鈦礦薄膜表現(xiàn)出減少的晶界和高度定向的晶體取向。

圖2. 準(zhǔn)單晶錫基鈣鈦礦薄膜生長模式的研究。 有序生長模式使得準(zhǔn)單晶錫基鈣鈦礦薄膜表現(xiàn)出減少的晶界和高度定向的晶體取向。

圖3. 基于準(zhǔn)單晶錫基鈣鈦礦薄膜的近紅外光電探測器陣列。 NIR成像陣列實現(xiàn)了極弱NIR光（63 nW cm?2）的實時成像、指紋成像和隱形物識別。

這一成果近期發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上，文章的第一作者是中國科學(xué)院大學(xué)博士研究生劉天華。