上科大宁志军课题组开发高精度大面积上转换红外成像器件实现短波红外可视化成像

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基于红外量子点和钙钛矿发光材料结合制备的红外上转换器件，团队实现了10.6%的红外到可见光对光转换效率。此外器件在红外光照下的增益达到10以上，使得器件具有较高的光照和暗态的对比度，结合器件较高的增益和光子转换效率，器件的分辨率有效提升。通过掩膜板测试，红外上转换探测器能区分的线对达到43.5 lp/mm，对应11 μm的分辨率，这是目前溶液法制备的红外上转换器件所达到的最佳值。

除了器件效率的提升，这项工作采用了基于液相法表面配体交换的量子点墨水进行红外量子点薄膜的制备。相对于传统的固相配体交换方法，量子点墨水的方法有效提升了薄膜的均一性。基于该量子点薄膜，团队制备了工作面积为9 cm ² 的超大面积上转换成像器件，远超目前报导的红外上转换器件的工作面积，超过了目前全画幅相机的感光元件面积(8.64 cm ² )。基于探测器件的空间分辨率和面积计算得到大面积上转换探测器的等效像素规模达到七百万以上，超过了目前基于CMOS的红外成像器件的最高值。

图2：红外上转换探测器分辨率测试图（左），基于上转换红外探测器的上海科技大学校徽成像图。

利用器件高分辨率和大面积的特点，该器件可用于可视化直接成像。团队利用该器件实现了对上海科技大学校徽的高清红外可视化成像(图2)。此外，运用该器件还可以对夹在两层不透明片子中间的保密信息进行成像，隐藏的“SHT”字样通过上转换探测器清晰的展现出来。

图3：上转换探测器对保密图案成像示意图。

红外量子点探测材料和钙钛矿发光材料的结合为红外上转换器件的构筑提供了一个新型的器件结构，该结构展现出优异的光子上转换性能，并实现了在红外成像和信息防伪等领域的应用，具有良好的发展前景。此外该工作表明通过降低红外光电探测器与发光二极管之间的势垒可以有效增强发光二极管的发光量子效率，从而提升上转换探测器的光对光转换效率以及成像效果，为上转换探测器的发展提供了思路。

该工作最近以“Infrared visualization based on quantum dot upconversion photodetector using perovskite emitter”为题发表在Device期刊上，上海科技大学为第一完成单位，宁志军教授为通讯作者，宁志军课题组研究生王浩（现就职于上海光机所）和刘云龙，副研究员周文佳为共同第一作者。论文得到了上科大物质学院陆卫教授、新加坡国立大学林志群教授、上海光机所冷雨欣研究员和中国科学院杭州高等研究院杜鹃研究员的支持和协助。

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