紅外探測器在環(huán)境監(jiān)測、軍事、生物等領域有著巨大應用潛力，特別是紅外上轉換器件無需后端讀出電路制備簡單成本較低，成為目前探測領域關注的熱點。遺憾的是，受限于目前上轉換器件的低光光轉換效率、高能耗、弱光響應較差以及成像線性動態(tài)范圍（I-LDR，工作在開啟狀態(tài)），高質量的上轉換成像幾乎沒有報道。在過去的二十年中，已經開發(fā)了基于有機、無機和有機/無機雜化半導體的各種上轉換器件，無機上轉換器件中發(fā)射和探測單元之間通常需要晶格匹配和晶圓融合技術，因此存在光光轉換效率低和制造成本高的問題。有機/無機雜化上轉換器件集成了有機發(fā)光二極管和無機光電探測器，可以通過更方便的制備過程實現(xiàn)更高的光光轉換效率，但它們受高結合能的影響，因此在弱光檢測中表現(xiàn)不佳。

電子科技大學王軍教授、陶斯祿教授針對這一挑戰(zhàn)進行了探索。它們通過堆疊高性能有機紅外探測器和界面exciplex有機發(fā)光單元，設計了一種紅外上轉換光電探測器，其寬帶探測區(qū)域從400到1064 nm。實現(xiàn)了可以在1.56V極低電壓工作的開關比超過85000的高性能紅外上轉換器件，同時具有弱光探測能力以及超過84dB的成像線性動態(tài)范圍。利用高分辨率以及高線性動態(tài)范圍，實現(xiàn)了多種較厚的生物樣本成像與識別，特別是細胞種群類別如破骨細胞種群分辨，這些優(yōu)異的結果將為未來低能耗高質量的近紅外生物成像應用提供了新思路。

圖 器件結構與近紅外生物成像

作者們率先利用界面激基復合物制造上轉換器件，獲得了12.92%的高光-光轉換效率、285 lm W-1的高功率效率和1.56 V的極低開啟工作電壓（在另一個系統(tǒng)中甚至更低的1.3 V）。獨立探測單元的探測D*接近6×1012 Jones，對應0.46 A/W的響應度。并且最大Voc顯示接近0.6 V，以減輕發(fā)光單元的功耗。上轉換器件 顯示出低至3.2 μW cm-2的出色弱光檢測能力，比相關報道的上轉換器件低 1-2個數(shù)量級。由于低開啟工作電壓和優(yōu)異的檢測能力，上轉換器件高達84.4 dB的成像線性動態(tài)范圍首次被討論和報道，為近紅外成像提供了參考。上轉換器件的低能耗和高成像線性動態(tài)范圍保證了高質量和強穿透力的近紅外生物成像，特別是在厚生物樣品中表現(xiàn)出優(yōu)越性和高分辨率，在無創(chuàng)缺陷檢測和病理動態(tài)監(jiān)測方面具有巨大潛力。

電子科技大學王軍教授、陶斯祿教授為本論文共同通信作者，博士后杜曉揚和博士生韓嘉悅為該論文共同第一作者，此研究得到國家自然科學基金等資助支持。