基于量子點（QD）的光電探測器是低成本構建短波紅外（SWIR）圖像傳感器的有前途的替代方案。提高量子點的光響應和可擴展性對于實現其實際應用非常重要。現有的量子點光電探測器面臨垂直p-n結引起的像素均勻性問題，這會導致顯著的像素間變化，而垂直結構限制了實現更高分辨率和更小像素尺寸的能力。
據麥姆斯咨詢報道，近日，西湖大學和浙江大學的研究團隊利用p-n同質結光電導體架構開發了一種基于硫化鉛（PbS）量子點的互補金屬氧化物半導體（CMOS）兼容型短波紅外圖像傳感器。通過碘化鉛（PbI?）處理的溶液相配體交換PbS量子點與乙二硫醇（EDT）處理的固態配體交換PbS量子點薄膜相結合，構建了p-n同質結，從而更有效地分離光生載流子并顯著增強光響應。這種方法可將溶液處理的量子點與硅讀出集成電路（ROIC）進行單片集成，無需復雜的倒裝芯片鍵合，并有助于大規模制造（640 × 512）量子點圖像傳感器。因此，基于同質結的量子點短波紅外圖像傳感器具有低噪聲性能和高平均探測率，其捕獲高分辨率短波紅外圖像的能力凸顯了其在各種應用中的潛力。這項研究以“Quantum Dots Short-Wave Infrared Image Sensor with Enhanced Photoresponse Enabled by a Planar p–n Homojunction”為題發表在ACS Photonics期刊上。
圖1a展示了量子點光電探測器與CMOS讀出集成電路單片集成的示意圖。圖1b展示了基于同質結的PbS量子點的光電探測器的示意圖。研究人員利用高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）、吸收光譜儀、光致發光（PL）光譜儀和原子力顯微鏡（AFM）對該器件進行表征。圖2a展示了雙層光電探測器的構型，圖2c展示了基于p-n同質結的PbS量子點的光電探測器的工作機制。
圖4 基于同質結的PbS量子點短波紅外圖像傳感器
圖5 利用基于同質結的PbS量子點圖像傳感器實現短波紅外成像
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