단파장 적외선(SWIR) 광 검출 기술은 생체영상, 센싱, 광통신 등 폭넓은 응용 분야로 인해 상당한 주목을 받아 왔다. 그럼에도 불구하고 고성능 유기 SWIR 포토디텍터(SWIR OPD)를 구현하는 일은 이 스펙트럼 영역에서 본질적으로 광반응과 감도가 약하다는 점 때문에 여전히 큰 과제로 남아 있다. 본 연구에서는 TQC-4Cl로 명명된 새로운 프쿠이노이드(proquinoid)형 비-풀러렌 수용체(NFA)를 보고하며, 이 물질은 방향족-퀴노이드 변환 전략을 통해 가능하게 된 1.01 eV의 초협폭 밴드갭과 1200 nm를 넘어서는 폭넓은 스펙트럼 응답을 보인다. TQC-4Cl 박막에 열처리 어닐링을 수행한 결과 결정성 및 분자 배열이 크게 향상되었다. 그 결과 최적화된 TQC-4Cl 기반 SWIR OPD는 4.38 × 10 −8 A cm −2의 매우 낮은 암전류 밀도( J d ), 4 Hz에서 466 fA의 잡음 전류, −0.5 V 바이어스에서 1200 nm에서 13.66%의 높은 외부 양자 효율(EQE)을 나타내며, 이로 인해 샷-노이즈 제한 특이 검출도( D sh *)가 1.06 × 10 12 Jones이고, 동일한 바이어스 조건에서 잡음 전류 기반 특이 검출도( D n *)가 2.84 × 10 11 Jones로 측정되었다. 광활성 층의 이상적인 상분리 형태와 높은 결정성은 효율적인 전하 추출을 가능하게 하고, 이중분자 재결합을 억제하며, 에너지적 무질서를 감소시키는 유리한 조건을 제공한다. 또한 이 장치들은 85 °C에서 장기 작동 안정성을 보여, 우수한 열적 내구성을 입증하였다. 본 연구는 고감도이면서 열적으로 견고한 SWIR OPD 구현으로의 진전을 나타낼 뿐 아니라, 차세대 광전자 소자에 필요한 초협폭 밴드갭 유기 반도체에 대한 합리적 분자 설계 전략에도 기여한다.
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