活性层从20nm加到50nm，暗电流直降2个量级，D*突破1.26×10¹³ Jones

1 背景与问题

有机光探测器因其轻便、柔性和成本效益等优势，在光通信、光谱分析、成像及医疗传感等领域展现出巨大的应用潜力。然而，要实现高性能的OPD，核心挑战在于如何同时获得高比探测率、低暗电流以及优异的器件稳定性。

传统的富勒烯受体材料虽然在电荷分离方面表现良好，但受限于吸收范围窄、能级可调性差及成本高昂等问题。相比之下，非富勒烯受体因其能级可调、可见光吸收强及电荷传输性能优越，成为提升OPD性能的关键材料体系。为了验证新材料体系的实际性能，科研人员必须依赖极其精密的测试手段，包括光谱响应度、比探测率、噪声分析以及瞬态响应测试，以全面评估器件在弱光探测能力及响应速度上的真实表现。

2 核心方案

本研究提出了一种基于真空沉积的小分子有机光探测器，采用了硼亚酞菁与氯化硼亚酞菁的共混物作为活性层。研究重点在于通过优化活性层厚度（20 nm至50 nm），探究体异质结内部的内在物理现象，旨在抑制暗电流密度，同时保持光激发和电荷分离效率。

为了全面表征器件性能，研究团队采用了多种高精度的测试技术：

2.1 J-V特性测试：使用可编程源表测量暗态和光照下的电流密度-电压特性；

2.2 阻抗谱：用于评估器件内部的并联电阻和电容，分析噪声波动；

2.3 EQE与光谱响应度测试：利用量子效率系统记录外量子效率及积分光电流密度；

2.4 噪声频谱密度分析：通过LabView软件结合源表，记录频域内的总噪声电流幅度；

2.5 瞬态光电压/光电流响应：使用示波器记录器件在调制脉冲下的上升/下降时间；

2.6 线性动态范围（LDR）测试：集成LED光源与滤光轮，测量器件在不同光强下的线性响应。

图1. (a) OPD的结构示意图和(b)能级分布设备。

3 实验结果与分析

实验结果表明，在-3 V的外加偏压下，厚度为50 nm的活性层（BHJ D）实现了最优的性能平衡。该器件成功将暗电流密度抑制至极低水平，同时保持了较高的光电流密度。

图2.在不同厚度的BHJ（a）20、(b) 30、(c) 40和(d) 50 nm）下，分别在1太阳光照条件下（空心符号）和无光照条件（实心符号）下的J-V特性。

图3.不同BHJ厚度下300至800 nm波长范围的光谱图：(a)光吸收；(b)包含积分Jph的等效量子效率（EQE）；(c)响应度。图b和图c中的数据基于-3 V偏置电压。

研究还发现，随着活性层厚度的增加，器件的截止频率和瞬态响应速度均有所提升。50 nm厚度的器件表现出最快的电荷积累和转移扩散能力。此外，在连续光照条件下进行的光稳定性测试显示，该器件在119.16小时后仍能保持初始值的92%（），显示出优异的稳定性。

图4.不同BHJ厚度的OPD器件的频率和时间响应。记录曲线基于施加的偏置电压为−3 V，以525 nm（绿色LED）发射波长照射，光功率密度强度为1 mW cm⁻²。.(a) 从10⁻¹到700 kHz的归一化频率带宽。(b)在250 kHz调制频率下产生的归一化瞬态光电压脉冲。

图6. 基于-3 V偏压的BHJ厚度下的LDR记录曲线：(a) 20 nm；(b) 30 nm；(c) 40 nm；(d) 50 nm。线性虚点表示确定系数的调整值（Adj. Rsq）。

4 设备介绍

FineDet

光探测器综合表征

FineDet是一款宽波段光探测器综合测量仪，用于测量探测器的光谱响应度、噪声、线性动态范围、伏安和瞬态响应。系统将光学激励、弱信号电学采集、自动对位与数据分析集成，主要用于确定探测器的真实性能边界。适用于可见、近红外、中红外及新型低维光探测器研发。近红外、短波红外和中红外探测器研发需要同时关注响应度、EQE、暗电流、噪声谱密度、NEP、比探测率D*、线性动态范围LDR和响应速度。FineDet将这些关键指标置于可比的测量条件下，避免仅凭高响应度高估器件弱光探测能力。

4.1 技术特点

(1) 集成光谱响应度、可溯源EQE/IQE、比探测率、噪声、伏安、稳定性和瞬态响应等测试；

(2) 产品方案工作波长覆盖400-5000 nm，可面向可见、近红外及中红外探测器；

(3) 线性动态范围模块支持1550 nm激光自动调光并开展100 dB LDR测试，噪声频率覆盖1 Hz-100 kHz；

(4) 主机集成单色仪、光学调制、电学检测、三轴位移、显微探针和高清可视化对位；

(5) 系统自动获得NEP、D*、LDR和上升/下降时间。

4.2 设备优势

(1) 集成响应、噪声、动态和电学多功能测试指标，区别于只测EQE或单一响应度的常规系统；

(2) 400-5000 nm宽波段能力可覆盖新型红外与窄带隙探测器；

(3) 自动对位、能量标定和LDR控制提高多指标测试的一致性，便于器件优化与研究分析；

(4) 基于实测噪声、响应度和LDR综合分析探测器，能够避免只报告单项高指标，更符合新型红外探测器的严谨表征需求。

原文参考：Enhancing Specific Detectivity and Device Stability in VacuumDeposited Organic Photodetectors Utilizing Nonfullerene Acceptors