湘潭大學在膠體量子點近紅外探測器領域取得重要研究進展

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，湖南先進傳感與信息技術創(chuàng)新研究院曹覺先教授和黃凱教授團隊在納米材料領域國際著名期刊《美國化學學會—納米》（ACS Nano，IF=18.027）在線發(fā)表了題為“碳納米管晶體管結合膠體量子點光敏柵極的高外量子效率光電探測器”（Carbon Nanotube Transistor with Colloidal Quantum Dot Photosensitive Gate for Ultra-High External Quantum Efficiency Photodetector）。論文第一作者為博士研究生韓建富，共同通訊作者為曹覺先教授和黃凱教授。

PbS膠體量子點是開發(fā)下一代高性能近紅外光電探測器的有力候選者。然而，由于配體隔離以及表面缺陷的存在，PbS膠體量子點通常表現(xiàn)出低的載流子遷移率，這限制了量子點光電子器件性能的進一步提升。

針對這一問題，曹覺先教授和黃凱教授團隊通過合理的設計，將PbS膠體量子點光電二極管和碳納米管薄膜場效應晶體管成功結合，實現(xiàn)了一種具有光敏感柵極的晶體管型近紅外探測器。

光生電子與空穴在負柵壓與內建電場的雙重作用下能快速分離與轉移，聚積在柵極電介質層界面的光生電子能產出等效柵電容效應開啟碳基晶體管，從而實現(xiàn)光信號向電信號的轉換。該項研究提出在光電轉換器件中光學模塊和電學模塊相互分離的結構，可以同時發(fā)揮PbS量子點光學和碳納米管電學的優(yōu)勢。

探測器陣列∣單光電探測器結構∣探測機理∣器件響應度與外量子效應

該論文報道的光電探測器在950 nm近紅外光下的響應度和探測率分別為41.9 A/W和3.04×1011 Jones。更重要的是，由于碳基場效應晶體管的放大功能，通過二次電子的增益效應，該器件的外量子效率（EQE）達到5470%。此外，器件還展現(xiàn)出靈活可調的光響應，通過柵電壓可在大的范圍內控制調節(jié)響應性能參數(shù)。本文中光電探測器的獨特結構和出色性能，為下一代光電探測器件的研究與開發(fā)提供了新的思考。

這項研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目以及湖南省教育廳重點項目的資助。