Nature Nano：超高增益胶体量子点红外雪崩探测！！！
科技
2024-12-23 08:26
英国
近日，韩国科学技术院（KAIST）的研究团队发表了一项创新研究，宣布他们成功研发出一种超高增益的胶体量子点（CQD）红外光电探测器。这种新型探测器利用电动学泵浦实现雪崩倍增效应，大幅提升探测灵敏度与性能。该工作以“Ultrahigh-gain colloidal quantum dot infrared avalanche photodetectors”为题，发表在《Nature Nanotechnology》期刊上。胶体量子点因其成本低、带隙可调性强而被视为红外光电探测器的理想候选材料。然而，传统低带隙CQD在热噪声的干扰下表现出低探测能力，限制了其应用前景。此次，研究团队提出了一种全新的CQD架构，通过施加强电场使电子在厚CQD层中获得超过材料带隙的动能，从而触发电动学泵浦的雪崩倍增效应。这种机制成功平衡了CQD颗粒间的离子化碰撞与电子跳跃之间的关系，大幅提高了探测器的信号增益和稳定性。经过精确优化的探测器展示了前所未有的性能：在940纳米波长下，其倍增增益达85，探测率高达1.4 × 10¹⁴ Jones，同时实现了1.1 × 10⁶ Hz的带宽。这种超高增益和超高探测率使该装置在单光子探测及高精度应用领域展现出巨大潜力。研究表明，当CQD层厚度超过540纳米时，雪崩倍增效应成为主导电流生成机制。而通过调控量子点之间的平均间距（dDtoD）至约4.1纳米，研究团队有效降低了阈值能量，提高了电子跳跃的效率。短距离间距虽然增强了电子传输能力，但也带来了电荷堆积和器件退化的风险，因此适当的间距平衡是实现最佳性能的关键。该研究为低成本高性能红外探测器的开发提供了新的设计思路。团队开发的CQD探测器不仅可应用于单光子探测，还可广泛用于人机界面、高灵敏度传感器以及下一代人工智能技术中所需的精准光学探测领域。此外，这种基于溶液工艺的制备方法大幅降低了制造成本，有望推动大规模工业化应用。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41565-024-01831-x欢迎学术工作来稿，无偿宣传。
