[發明專利]一種上轉換器件紅外復合波長成像系統及其搭建測試方法

有效

• 申請號: 202011363141.1
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112510062B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 王軍;韓嘉悅;韓超;韓興偉;茍君
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L27/30
• 分類號: H01L27/30;H01L27/32;H01L51/54;H01L51/50;H04N5/33;H04N17/00
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐

本發明公開了一種上轉換器件紅外復合波長成像系統及其搭建測試方法，屬于紅外復合波長成像技術領域，系統包括多波段紅外激光源、勻化器、紅外上轉換器件、光學影像轉換器；多波段紅外激光源發出的紅外激光經勻化器透過待成像目標物體產生光學信號，紅外上轉換器件收集光學信號發出可見光實現紅外成像，并通過光學影像轉換器進行觀察。本發明利用上述高探測效率、低開啟電壓的紅外上轉換器件，使得本發明成像系統能夠在較低工作電壓以及較弱紅外輸入光功率下工作，能耗較低，并且在紅外探測波長范圍內功率識別線性區范圍較大，以使其能夠應用于分辨率較高的生物成像等領域。

技術領域

本發明涉及紅外復合波長成像技術領域，尤其涉及一種上轉換器件紅外復合波長成像系統及其搭建測試方法。

背景技術

紅外上轉換器件由于能夠在沒有后端處理電路以及大規模陣列的需求下進行紅外成像，一直受到研究人員的廣泛關注。這種包含探測器以及發光器件的綜合器件無需光刻等繁瑣的工藝，特別是近年來全溶液的上轉換紅外探測器的提出使得這項技術更為簡易，利用這些制造優勢還可以在柔性襯底上設計可穿戴的紅外成像器件使得紅外上轉換器件件在生物成像、機械檢測、紅外夜視上有著廣闊前景。

紅外上轉換器件多層堆疊的器件結構會使其產生需要缺陷態以及傳輸損耗，最后導致器件整體的量子效率偏低，特別是輸入紅外光與輸出可見光的轉化效率。基于此，紅外上轉換器件還需要施加較高電壓才能驅動，大部分器件需要施加超過10V的電壓，使得其能耗大幅度增加。為了提升光光轉化效率并降低驅動電壓，探測單元的效率以及發光效率是關鍵所在。Chen等人(Chen J,Tao J,Ban D,et al.Hybrid organic/inorganic opticalup-converter for pixel-less near-infrared imaging.[J].Advanced Materials,2012,24(23):3138-3142.)在10V工作電壓實現了字母淹沒版的成像效果。Kim等人(Kim DY,Choudhury K R,Lee J W,et al.PbSe Nanocrystal-Based Infrared-to-Visible Up-Conversion Device[J].Nano Letters,2011,11(5):2109-2113.)制備的上轉換器件需要施加13-15V的工作電壓。

紅外上轉換器件常常由于各類損耗的原因其量子效率往往在10％以下，大部分器件需要較高能量的光去激發發光層發光，如何有效提升探測單元效率以及發光單元效率是改善紅外上轉換器件整體效率的關鍵所在。

而大部分單層發光器件光光轉化效率被限制在10％以下，zhou等人(Zhou,W.,Shang,Y.,García de Arquer,F.P.et al.solution-processed upconversionphotodetectors based on quantum dots.Nature Electronics 3,251–258(2020).)在探測單元的電子傳輸層中摻入銀納米顆粒使得在光作用下氧化鋅能帶彎曲產生的隧穿作用提升探測單元的光電轉化效率，使得紅外上轉換器件件整體的效率增加到6.5％并進行了生物成像。Yang等人(Yang,Dezhi,Zhou et al.Near infrared to visible lightorganic up-conversion devices with photon-to-photon conversion efficiencyapproaching 30％.Materials Horizons 5.5(2018).)在紅外上轉換器件中引入雙發光層將光光轉換效率提高到超過30％，并且對字母掩模進行了成像。然而上述上轉換器件仍然存在光光轉換效率低、驅動電壓大的問題，因此需要較強的紅外光輸入進行發光，故對紅外識別能力較差，其線性動態范圍往往較小，不能進行高分辨率的生物成像以及生物監測。

發明內容

本發明的目的在于克服現有上轉換器件線性動態范圍較小，不能進行高分辨率的生物成像以及生物監測的問題，提供一種上轉換器件紅外復合波長成像系統及其搭建測試方法。