Amir-Abbas Yousefi Amin博士是德國埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)（簡稱：FAU）電子與能源技術(shù)材料“解決方案-加工半導(dǎo)體-材料（SOPSEM）”研究組的成員。據(jù)報道，Amin與其團(tuán)隊成員共同開發(fā)出下一代紅外傳感器，該紅外傳感器是通過噴墨打印等印刷技術(shù)制備出來的。這種簡單的制備技術(shù)使得該紅外傳感器具有極高的成本效益。

Amin與其團(tuán)隊日前獲得了一項特殊榮譽：他們作為受邀的三支團(tuán)隊之一參加了德國慕尼黑著名的“LOPEC——驅(qū)動印刷電子未來”貿(mào)易展會，向國際專業(yè)的參會者展示了他們的傳感器原型。他們是首支獲得該榮譽的FAU團(tuán)隊。下面為對Amin團(tuán)隊的采訪：

提問：Amin您好，您的研究領(lǐng)域著重在哪些方面？

Amin：我所在的研究團(tuán)隊為FAU電子與能源技術(shù)材料的“解決方案-加工半導(dǎo)體-材料（SOPSEM）”課題組，由Heiss教授領(lǐng)導(dǎo)，該課題的研究方向就是我的主攻領(lǐng)域。我致力于利用印刷技術(shù)開發(fā)電子器件。為此，我利用了新型納米級膠體半導(dǎo)體。我們的研究團(tuán)隊利用化學(xué)方法在尺寸和組成上創(chuàng)造并調(diào)整了納米材料，這些材料顯示出有效且顯著的特征。

提問：您與您的研究團(tuán)隊共同開發(fā)出了下一代紅外傳感器，能描述一下你們的工作以及傳感器的研發(fā)過程嗎?

Amin：商用紅外傳感器通常是在高溫和真空條件下制備半導(dǎo)體晶體或薄膜。相比之下，我們的下一代紅外傳感器是通過噴墨打印技術(shù)制造的，使用起來幾乎與辦公室中任何設(shè)備一樣簡單。雖然這項技術(shù)以往曾應(yīng)用于電子產(chǎn)品的開發(fā)，但它幾乎只應(yīng)用于有機(jī)半導(dǎo)體和金屬。因此我們的研究團(tuán)隊將電子器件的印刷擴(kuò)展至全功能無機(jī)半導(dǎo)體油墨，并采用膠體化學(xué)方法制備和合成。

Amin：與有機(jī)半導(dǎo)體相比，來自這些無機(jī)油墨的器件能夠在長波紅外波段工作，相比下，即使是標(biāo)準(zhǔn)硅器件也無法做到。在LOPEC，我們將介紹首個完全利用納米晶體油墨打印的紅外傳感器。建立該技術(shù)后，每個由不同層組成的探測器只需14秒就可打印出來，該時間已包含干燥和電觸點制造的時間。這種印刷技術(shù)的優(yōu)點之一就是使用油墨會非常經(jīng)濟(jì)，因為每個探測器只需使用幾微克材料，而少量材料可以精確地沉積在預(yù)定位置。到目前為止，大多數(shù)基于膠體納米晶體油墨制備電子器件的解決方案都是通過旋轉(zhuǎn)涂膜制備的，這種方法通常會造成材料的巨大損失，而我們希望避免這種損失。因此，紅外傳感器打印的關(guān)鍵是研發(fā)可在日常條件下打印的半導(dǎo)體油墨。

提問：貴團(tuán)隊制備的這種傳感器有何特別之處？

Amin：我們的技術(shù)為紅外傳感器提供了無與倫比的成本優(yōu)勢。油墨中使用的合成納米材料在它們工作的光譜范圍內(nèi)非常靈活。因此，根據(jù)潛在用戶的需求定制探測器非常簡單。

提問：此傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？

Amin：我們的紅外探測器可以覆蓋多個光譜區(qū)域，主要包括近紅外醫(yī)學(xué)窗口、波長約1.5微米的通信窗口，以及一些波長更長的大氣窗口，這些都是監(jiān)視和安防領(lǐng)域的重要光譜區(qū)域。此外，物質(zhì)的化學(xué)分析往往基于紅外光譜，可利用紅外探測器，應(yīng)用于食品監(jiān)測或有害物質(zhì)檢測等領(lǐng)域。我們認(rèn)為，我們的傳感器也非常適合集成到紅外成像系統(tǒng)中，相比較，基于傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造的紅外成像系統(tǒng)對于廣泛的應(yīng)用來說，通常過于昂貴。

提問：貴團(tuán)隊是首支進(jìn)入LOPEC決賽的FAU團(tuán)隊。你們怎樣看待此殊榮？

Amin：當(dāng)然，能夠成為FAU首個入圍LOPEC的團(tuán)隊是我們的榮幸。我來到LOPEC的主要目標(biāo)是向潛在的行業(yè)用戶展示我們的研究成果。在FAU，我接受了教育，后來又進(jìn)入實驗室，接受了幾年熏陶，因此在取得一些有趣的研究成果并代表FAU出征競選，也是很自然的事情。

提問：這次競選會有怎樣的獎勵？

Amin：LOPEC為最終入圍的候選團(tuán)隊提供了一個免費展位，可在整場展會中展示他們的實驗原型。由于LOPEC的參觀者涵蓋了印刷電子在工業(yè)和科研領(lǐng)域的所有分支，因此這是我們展示新型納米晶體探測器的最佳平臺，可讓我們有機(jī)會與該領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)者交流并演示我們的器件原型。

提問：你們團(tuán)隊贏得比賽后會有哪些打算？

Amin：贏得比賽不是最重要的，因為對我們來說，通過此次活動能與該領(lǐng)域全球企業(yè)見面是頭等大事。

打印紅外器件的半導(dǎo)體油墨是其中的關(guān)鍵，以下為Amin團(tuán)隊的相關(guān)研究介紹：

利用PbS制備的膠體納米晶體已成功地應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)的高靈敏度紅外光電探測器。研究中，Amin團(tuán)隊展示了具有高探測率（～1012 cm·√Hz/W）且截止頻率大于3 kHz的全印刷器件。采用自動化打印，可實現(xiàn)低材料消耗（每臺探測器<0.3 mg）和短時加工（每臺探測器14 s），可確保極低的器件成本。為實現(xiàn)全印刷器件，利用基于鈣鈦礦類甲基碘二氫銨配體穩(wěn)定的納米晶體研制出了一種油墨配方，該配體可均勻分散在三元溶劑中。利用印刷銀電極和氧化鋅中間層，來實現(xiàn)基于該溶劑的全噴墨印刷器件。通過向油墨中加入少量聚合物聚（乙烯基吡咯烷酮），可得到顯著改善。該聚合物改善了油墨的膠體穩(wěn)定性及其成膜性能，因此能夠?qū)崿F(xiàn)單探測器和探測器陣列的可擴(kuò)展印刷。雖然研究中只展示了光電導(dǎo)體，但研發(fā)的油墨肯定會在一系列基于多種材料納米晶體的電子器件中得到廣泛應(yīng)用。

該研究于2019年2月1日，以題為“Fully Printed Infrared Photodetectors from PbS Nanocrystals with Perovskite Ligands”的論文發(fā)表于ACS Nano，論文地址為：