【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】紅外光電探測器廣泛應(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)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。
 

　　郝群教授團(tuán)隊陳夢璐準(zhǔn)聘教授等人，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(圖1)，分散性好，半峰寬窄，帶尾態(tài)優(yōu)的紅外量子點(diǎn)，大幅度減小器件的暗電流和噪聲30倍以上，室溫下2.5微米延展短波波段比探測率達(dá)到4×1011 Jones，響應(yīng)時間為0.94微秒(圖2)。相關(guān)工作于2023年11月發(fā)表于中科院1區(qū)光學(xué)頂刊ACS Photonics。
 

　　該論文的第一作者為北京理工大學(xué)郝群教授，博士生薛曉夢、羅宇寧，通訊作者為北京理工大學(xué)陳夢璐準(zhǔn)聘教授、唐鑫教授。
 

圖1 不同前驅(qū)體合成量子點(diǎn)形貌示意圖
 

圖2 形狀控制量子點(diǎn)與兩組參考樣品的器件性能對比
 

　　在此基礎(chǔ)上，本團(tuán)隊制備了640×512像素的焦平面陣列成像芯片，有效像元率高達(dá)99.997%。(圖3)
 

圖3 形狀控制量子點(diǎn)640×512像素的焦平面成像結(jié)果圖
 

　　綜上，本次工作開發(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。
 

　　作者簡介：
 

　　郝群，北京理工大學(xué)特聘教授。國家級高層次人才，高校創(chuàng)新引智基地負(fù)責(zé)人，科技部重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊負(fù)責(zé)人，教育部跨世紀(jì)優(yōu)秀人才，北京市教學(xué)名師，全國“巾幗建功”標(biāo)兵。長期在新型光電成像傳感技術(shù)和光電精密測試技術(shù)領(lǐng)域從事教學(xué)和科研工作，主要研究方向包括新型光電成像技術(shù)、仿生光電感測技術(shù)、抗振干涉測量技術(shù)及儀器等方面。主持國家自然科學(xué)基金儀器專項/重點(diǎn)項目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家863項目等。擔(dān)任中國光學(xué)學(xué)會常務(wù)理事、光電專業(yè)委員會主任委員，中國儀器儀表學(xué)會常務(wù)理事、光機(jī)電技術(shù)與系統(tǒng)集成分會常務(wù)副理事長，中國計量測試學(xué)會常務(wù)理事，中國兵工學(xué)會理事，光學(xué)專業(yè)委員會主任委員，中國光學(xué)光電子協(xié)會理事、紅外分會副理事長等社會兼職。擔(dān)任《Defense Technology》雜志副主編。
 

　　陳夢璐，北京理工大學(xué)光電學(xué)院準(zhǔn)聘教授，博士生導(dǎo)師。入選國家級青年人才、北京市科技新星、中國科協(xié)“青年人才托舉工程”。2015年畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班學(xué)院獲理學(xué)學(xué)士及嚴(yán)濟(jì)慈榮譽(yù)學(xué)士，2020年畢業(yè)于美國芝加哥大學(xué)物理系獲博士學(xué)位。長期從事膠體量子點(diǎn)紅外光電探測與成像研究工作，在紅外量子點(diǎn)輸運(yùn)物性優(yōu)化、室溫運(yùn)行高性能中波紅外探測器、帶內(nèi)躍遷窄帶紅外探測等方面獲得突破性成果，在Nature Materials、Light：Science & Applications、ACS Nano等SCI雜志上發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇。
 

　　唐鑫，北京理工大學(xué)光電學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。入選國家級青年人才、中國科協(xié)“青年人才托舉工程”等支持計劃。長期從事新型膠體量子點(diǎn)紅外探測器及焦平面陣列的研究及系統(tǒng)開發(fā)工作，波段涵蓋短波、中波以及長波等多個重要紅外大氣窗口。相關(guān)成果以第一作者/通訊作者發(fā)表于Nature Photonics、Advanced Materials、ACS Nano等期刊上。現(xiàn)主持國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃青年科學(xué)家項目等項目多項。