5月，我校房学谦教授课题组在在国际知名期刊 Laser & Photonics Reviews发表题为“Partial Charge Transfer Complexes for Highly Efficient 2 μm Light Detection”的研究论文。Muhammad Ahsan Iqbal博士后为论文第一作者、房学谦教授以及深圳大学的曾昱嘉教授为通讯作者，我校为论文第一完成单位。
短波红外光探测器在红外成像、夜视、光通信、环境监测、智能传感以及生物医学诊断等领域具有重要应用价值。然而，窄带隙有机半导体在短波红外（SWIR）光探测器中仍面临诸多关键瓶颈，包括：1）SWIR吸收范围有限（>1 μm）；2）材料本征介电常数较低，导致激子难以有效解离，即使在高偏压下也难以实现较高的外量子效率（EQE）和响应度（R）；3）较高的暗电流以及陷阱诱导的非辐射复合效应，严重降低了信噪比（SNR）和探测率（D*）。尽管近年来研究人员已开展多种SWIR有机材料研究，但目前大多数高性能器件仍依赖无机-有机杂化结构体系。
为解决上述问题，研究团队设计了一种由电子给体双-1,3-二硫杂环（BT）与电子受体四氯对苯醌（TCBQ）通过分子间相互作用形成的有机部分电荷转移（PCT）复合物。基于Hückel模型计算发现，在中性-离子态边界附近，BT–TCBQ复合物具有超低电荷转移带隙（EgCTC < 0.7 eV），从而实现宽带SWIR吸收，吸收范围可延伸至2.5 μm。
BT–TCBQ体系主要依赖以下两种协同机制实现高性能红外探测：1）离子对介导传输机制（Ionic Pair-Mediated Transport）：EgCTC激发产生光诱导离子型给受体对（D⁺A⁻），形成离域导电通道，从而有效抑制载流子散射与电噪声；2）栅压可调光栅效应（Gate-Tunable Photogating）：部分电荷局域化诱导形成可调深能级陷阱态，显著增强光栅效应并提高光电增益。
图：(a) 部分电荷转移（PCT）机制示意图；(b) TCBQ与BT分子结构；(c) BT–TCBQ中性态电荷传输机制；(d) BT–TCBQ器件结构与工作机制；(e) 不同波长下探测率随光功率密度变化关系；(f) 与近期有机、钙钛矿及无机SWIR光探测器的探测率性能对比。
在该研究中，研究团队开发的BT–TCBQ横向结构SWIR光探测器在2 μm波段实现了优异性能，包括约103 %的外量子效率（EQE）、约1011Jones的探测率（D*）以及135 ms的响应时间，同时器件仅需0.1 V低偏压即可在室温下稳定工作，并具备栅压可调功能。
该器件性能不仅超越了当前大多数有机SWIR光探测器，还可媲美商业红外探测器，同时避免了传统无机-有机杂化结构复杂的制备过程，实现了简单且可扩展的器件制造工艺。通过融合静电栅压调控增益与本征噪声抑制机制，该研究为下一代高性能有机短波红外光探测器提供了全新的研究思路和材料平台。
（撰稿：Muhammad Ahsan Iqbal；一审：房学谦；二审：詹春燕；三审：李长平）
