日前，聊城大学物理科学与信息工程学院秦书超博士等人在“高性能有机单晶组装光电探测器”研究领域获得新进展。相关研究成果以“Ultrafast and Sensitive Self-Powered Photodetector Based on Graphene/Pentacene Single Crystal Heterostructure with Weak Light Detection Capacity”（“基于石墨烯/单晶戊烯异质结构的具有弱光探测能力的超快、灵敏自供电光电探测器”）为题，在2022年10月26日发表于《Advanced Science》（《先进科学》，影响因子17.521，为中科院一区Top期刊）。我校师生以第一单位发表在该期刊上，尚属首次。
光电探测器是将光信号转化成电信号的基本元器件，在光通信、图像传感、远程控制、健康检测和高精密光电设备等领域具有广泛应用。随着科技不断进步和社会发展，开发具备超快响应、高灵敏的光电探测成为研究人员竞相追逐的目标。有机半导体材料具有极高的光吸收系数和本征的机械柔韧性，在制备高性能光电器件方面极具优势。但较低的载流子迁移率和较短的激子扩散长度限制了其光电转化性能，如何实现有机半导体材料的光电探测性能成为当前国际热点课题。
本工作利用大气环境升华技术制备了高质量的并五苯单晶，将其与高迁移率的石墨烯耦合构筑异质结，实现了105A/W的高响应度，通过构筑非对称构型实现了器件的自驱动探测。得益于高质量的异质界面，器件的-3dB带宽提升至26 kHz,这是目前同结构类型探测器的最优值。本研究表明高质量的有机晶体及其异质结是提高光探测器的有效手段，也对开发新型高性能光电探测器打开了一条新的途径。
图：器件的-3dB带宽、性能指标对比及以高速成像实例
该论文的第一作者为聊城大学2020级硕士研究生甘玉泉，通讯作者为我院秦书超博士、杜倩倩博士、王文军教授和南京大学王枫秋教授，刘云龙副教授、李淑红副教授、董瑞新教授和刘才龙教授参与了部分研究工作。该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和聊城大学博士科研启动基金的资助。
论文全文链接：http://doi.org/10.1002/advs.202204332
(审稿：刘才龙)