短波紅外成像在自動駕駛、安防夜視、生物醫學檢測與工業質檢等領域具有不可替代的應用價值。膠體量子點（CQDs）憑借帶隙可調、溶液可加工、吸收截面大等優勢，成為新一代低成本紅外探測材料的研究熱點。然而，單一量子點器件面臨載流子遷移率低、激子復合快、暗電流與噪聲難以抑制等瓶頸，嚴重限制探測增益與響應速度。二維（2D）過渡金屬硫族化合物（如MoS?）具有高遷移率、良好柵控特性與原子級平整界面，可與量子點構建0D/2D混合結構，協同實現高效光吸收與快速載流子輸運。目前，0D/2D紅外探測器仍難以在高增益、快速響應、大面積陣列均勻性之間實現平衡，且面向實際成像的規模化集成驗證仍處于初步階段。
圖1 Ag?Te/MoS?混合光電探測器的光學特性、能帶結構及光生載流子特性
混合光電探測器光電性能
在短波紅外光電探測器中，為實現長波長吸收而對窄帶隙材料的需求，導致了熱致高暗電流的產生，而這又進一步限制了其探測率。研究人員對該Ag?Te/MoS?混合光電探測器的光電特性進行了詳細測試，相關結果如圖2所示。結果顯示，該器件暗電流與1/f噪聲隨溝道長度增加顯著降低；器件在極低光功率下仍保持高靈敏度，兼具寬光譜響應與低噪聲特性，綜合性能優于多數已報道0D/2D紅外探測器。
圖2 混合光電探測器在980/1450 nm下的光摻雜與光響應特性
短波紅外成像陣列及紅外成像應用
研究人員采用圓級兼容工藝制備32×32像素Ag?Te/MoS?混合成像陣列。關鍵制備流程包括：MOCVD大面積生長MoS?、無化學腐蝕干法轉移、光刻與反應離子刻蝕圖形化、量子點旋涂涂覆、HfO?介質隔離與引線鍵合。陣列像素均勻性優異，單個像素由叉指源漏電極與MoS?/Ag?Te混合結構構成，有效光敏區精準定義，滿足高分辨率成像要求，相關結果如圖3所示。
圖3 Ag?Te/MoS?混合短波紅外成像陣列的制備
最后，研究人員搭建了基于32×32混合陣列的短波紅外成像系統，并通過多路復用電路逐行讀取信號，完成空間分辨成像測試，相關結果如圖4所示。結果表明，該混合結構探測器陣列可實現實時短波紅外光響應采集與空間圖案重構，為集成化短波紅外圖像傳感器提供實驗驗證。
圖4 基于32×32混合陣列的短波紅外成像系統及成像結果
https://doi.org/10.1002/adma.202520984
