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紅外光電探測器暗電流抑制技術(shù)新進(jìn)展
2023年11月17日 13:55:44
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：6203
近日，北京理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出了量子點(diǎn)帶尾調(diào)控方法，通過量子點(diǎn)成核生長分離的再生長技術(shù)，成功得到了形貌可控、分散性好、半峰寬窄、帶尾態(tài)優(yōu)的紅外量子點(diǎn)。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】紅外光電探測器是一種將入射的紅外輻射信號轉(zhuǎn)變成電信號輸出的器件。不同種類的物體發(fā)射出的紅外光波段是有其特定波段的，該波段的紅外光處在可見光波段之外。因此人們可以利用這種特定波段的紅外光來實(shí)現(xiàn)對物體目標(biāo)的探測與跟蹤。紅外光電探測器能夠廣泛應(yīng)用于氣體傳感、氣象遙感以及航天探測等領(lǐng)域。
然而目前，傳統(tǒng)的紅外探測材料主要基于碲化銦、銦鎵砷、碲鎘汞等，需要分子束外延方法生長，以及倒裝鍵和等復(fù)雜工藝與讀出電路耦合。雖然探測性能高，但是卻受限于成本與產(chǎn)量。
膠體量子點(diǎn)(CQD)作為一種新興的紅外探測材料，可以由化學(xué)熱注射法大規(guī)模合成，“墨水式”液相加工可以與硅讀出電路直接耦合，大大加快紅外焦平面陣列(FPA)的研發(fā)進(jìn)度。目前北京理工大學(xué)郝群教授團(tuán)隊(duì)已實(shí)現(xiàn)320×256、1K×1K百萬像素量子點(diǎn)紅外焦平面。然而，目前紅外膠體量子點(diǎn)暗電流噪聲較大的問題限制了成像儀的分辨率和靈敏度。
近日，北京理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出了量子點(diǎn)帶尾調(diào)控方法，通過量子點(diǎn)成核生長分離的再生長技術(shù)，成功得到了形貌可控、分散性好、半峰寬窄、帶尾態(tài)優(yōu)的紅外量子點(diǎn)。研究人員基于三種膠體量子點(diǎn)制備了單像素光電導(dǎo)探測器，大幅度減小器件的暗電流和噪聲30倍以上，室溫下2.5 μm延展短波波段比探測率達(dá)到4×10¹¹ Jones，響應(yīng)時(shí)間為0.94 μs。
同時(shí)，在此基礎(chǔ)上，研究人員將HgTe膠體量子點(diǎn)與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 讀出集成電路 (ROIC) 相集成，制備了640×512像素的焦平面陣列成像芯片，有效像元率高達(dá)99.997%。
該項(xiàng)研究開發(fā)了量子點(diǎn)帶尾調(diào)控方法，通過單像素光電探測器及紅外焦平面驗(yàn)證了該方法在暗電流和噪聲抑制上的可靠性，在高性能膠體量子點(diǎn)紅外光探測器發(fā)展中具有重要意義。
相關(guān)研究工作于2023年11月發(fā)表于中科院1區(qū)光學(xué)頂刊ACS Photonics。
(資料來源：北京理工大學(xué)光電學(xué)院)
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