有機半導體因其高度可調的分子結構和優(yōu)異的溶液加工性能，在新一代光電器件中展現出廣闊的應用前景，在短波紅外（SWIR）光電探測領域同樣備受關注。然而根據能隙定律，隨帶隙降低，分子材料光生激子/載流子的非輻射復合速率呈指數級上升，從而導致SWIR有機光電探測器（OPD）的光響應度（R）下降，進而限制了比探測率（D*）的提升。
近日，中國科學院化學研究所林禹澤研究員采用氘代SWIR有機半導體策略，有效降低了分子的伸縮振動頻率，減弱了非輻射復合，從而提升了SWIR OPD的R和D*。
通過對SWIR 分子L4中的給電子稠核、π橋和拉電子端基進行分區(qū)域選擇性氘代，合成了五種氘代衍生物（B-2D、C-2D、BC-4D、BT-12D和BCT-14D），系統(tǒng)研究了其光電性質變化。
相較于未氘代的L4，合理氘代的BT-12D表現出更低的分子振動頻率和更強的熒光強度，其非輻射復合得到有效抑制，表現出最優(yōu)的光電半導體性質。基于PDPPDTP: BT-12D構建的OPD相較于PDPPDTP: L4表現出更高的激子解離效率和更弱的載流子復合，從而實現了更優(yōu)的探測性能：在1.0-1.6 μm波段，R提升了13-43%；在1.3 μm波長下，D*提升約40%。
此外，氘代策略在SWIR分子材料體系中具有良好的普適性。基于氘代的L2-eC9-10D構建的OPD相比未氘代器件（L2-eC9）展現出更高的R、更高的D*以及更快的響應速度。PTB7-Th：L2-eC9-10D器件的D* （1.24×1012 Jones @ 1.2 μm）相比未氘代器件（1.09×1012 Jones）提升約14%。該研究為突破SWIR OPD性能瓶頸提供了新的策略。
論文信息
Deuterating Narrow-Bandgap Organic Semiconductors for Sensitive Short-Wave Infrared Photodetection
Dr. Zhenzhen Zhang, Yujie Yang, Dr. Tengfei Li, Huiqing Hou, Yifei Geng, Prof. Qianqian Lin, Prof. Yuze Lin
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202507637
