实现在5伏以下低电压下探测近红外光
首尔市立大学与东亚大学联合研究团队开发出一种双极性有机光晶体管，能够在同一种有机半导体材料中同时实现P型和N型工作模式，并在5伏以下的低电压下高灵敏度探测近红外光。
研究团队还成功探测到实时变化的近红外信号，进一步提升了该器件应用于激光雷达、非接触式运动传感器及可穿戴光传感器等下一代传感技术的潜力。
首尔市立大学与东亚大学联合研究团队。左起依次为研究员Noh Huihwang、研究教授Swarup Biswas、东亚大学教授Lee Hongju、首尔市立大学教授Kim Hyeok。首尔市立大学供图
View original image首尔市立大学2日表示，该校电子电气计算机工程系教授Kim Hyeok与东亚大学半导体系教授Lee Yongju组成的联合研究团队，开发出一种能够在低电压下稳定运行的高灵敏度近红外双极性有机光晶体管。
这项研究成果于4月27日发表在威利（Wiley）出版的国际学术期刊《Small》上，论文题为“Low-Voltage, High-Sensitivity NIR Ambipolar Organic Phototransistor Based on a Non-Fullerene Acceptor”。
研究员Noh Hwapyeong和Swarup Biswas担任共同第一作者，Lee Yongju教授作为共同作者参与研究，Kim Hyeok教授作为通讯作者牵头开展研究。
对于激光雷达等基于近红外光的传感系统而言，既能高灵敏度检测微弱光信号，又能在低电压下稳定运行的技术至关重要。
然而，现有有机光晶体管一直存在驱动电压高、电荷迁移率低、近红外光吸收能力不足等局限。
为解决这些问题，研究团队采用了近红外光吸收性能优异的Y6有机半导体，以及具有高介电常数的氧化铝绝缘层。
此外，团队利用十八烷基膦酸自组装单分子层减少界面缺陷，并改善Y6的分子排列和结晶性。
由此，研究团队研制出高灵敏度双极性有机光晶体管，在同一种有机半导体材料中同时实现P型和N型工作模式，并能在±5伏以内的低电压下稳定探测近红外光。
尤其是，研究团队利用所开发的器件，成功完成了实时变化近红外信号探测的验证实验。
在手指运动导致近红外激光反复被遮挡的情况下，器件通过电流信号的变化清晰检测到这一过程，证实其能够稳定探测动态近红外信号。
这项成果显示，该器件未来有望广泛应用于激光雷达、非接触式运动传感器及可穿戴光传感器等要求低功耗、高灵敏度的下一代近红外传感系统。
尤其是在类人机器人和智能机器人等物理人工智能领域，该技术也有望用于感知周围环境和运动的传感器。
Kim Hyeok教授表示：“本研究的意义在于，同时实现了支持超低功耗持续运行的低驱动电压和高灵敏度近红外探测，提高了下一代光传感器的实用化潜力。”他还表示：“未来有望应用于激光雷达、非接触式传感器、类人机器人用可穿戴电子设备等可服务于物理人工智能的多种智能传感领域。”
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本研究获得科学技术信息通信部与韩国研究财团的中坚研究人员支持项目、全球基础研究室支持项目（深化型），以及产业通商部与韩国产业技术企划评价院的半导体尖端战略产业超差距技术开发项目等支持。首尔市立大学半导体研究中心也提供了科研基础设施支持。
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