測輻射熱計（Bolometer）通過熱敏電阻的溫度-電阻變化實現紅外光熱探測，可室溫工作、工藝兼容CMOS，是非制冷紅外成像的核心方案。當前商用測輻射熱計采用氧化釩（VO?）、非晶硅（a-Si）作為熱敏材料，溫度系數電阻（TCR）僅?2~?3%/K；SiGe/Si量子阱熱敏電阻將TCR提升至約?5%/K，但依賴昂貴外延工藝，晶格失配誘發缺陷限制性能進一步突破。膠體量子點（CQD）具備溶液可加工、無晶格失配約束、能帶與表面化學精準可調的優勢，為突破熱敏電阻性能瓶頸提供全新路徑。
據麥姆斯咨詢報道，近日，巴塞羅那光子學研究所（ICFO）的研究團隊首次提出基于膠體量子點的勢壘型熱敏電阻新架構。首先，研究人員通過尺寸梯度化鉛硫族膠體量子點垂直堆疊構建人工勢壘，精準調控載流子熱活化能，實現高達?9%/K的超高TCR。然后，研究人員進一步將膠體量子點勢壘型熱敏電阻（QDPBT）與等離子體超構材料吸收體（PMA）集成，研制出無需微機電系統（MEMS）懸浮結構的室溫膠體量子點測輻射熱計，在9 μm長波紅外（LWIR）實現8 ms時間常數與10? Jones量級探測率。該工作突破傳統熱敏電阻的性能與工藝桎梏，為低成本、室溫寬波段紅外探測提供全新解決方案。相關研究成果以“A Colloidal Quantum Dot Thermistor and Bolometer”為題發表在Advanced Materials期刊上。
QDPBT結構設計與載流子調控機制
QDPBT采用交替尺寸型膠體量子點垂直堆疊結構：以大尺寸PbS/PbSSe核殼膠體量子點（~7 nm，激子峰～1.95 μm）作為高電導接觸層，小尺寸PbS膠體量子點（~3 nm，激子峰～0.85 μm）作為勢壘層，形成雙勢壘（DPB）構型。大尺寸膠體量子點經EMII配體處理實現重摻雜，提升電導；小尺寸膠體量子點采用同配體（HoLi，EMII）與異配體（HeLi，MPA）兩種配體策略，利用配體調控實現能帶偏移差異化。
QDPBT的載流子輸運遵循最近鄰跳躍（NNH）機制，外加偏壓會傾斜勢壘、縮短隧穿寬度，實現TCR的電壓可調性：低偏壓下勢壘主導輸運，TCR更高；高偏壓下隧穿增強，TCR略有下降。該機制實現活化能至TCR全鏈路精準調控，突破傳統材料的性能限制。
QDPBT的熱敏特性
圖2展示了由大尺寸PbS/PbSSe核合金殼層量子點和小尺寸PbS核量子點構成的膠體量子點QDPBT的溫度依賴性電學測量結果。結果顯示，該器件TCR性能超越SiGe/Si量子阱熱敏電阻（?5.5%/K），且溶液加工成本降低一個數量級；雙勢壘（DPB）結構相較單勢壘（SPB）具備更高勢壘限制能力，TCR提升30%以上，證實多層勢壘設計的優越性。噪聲測試表明，QDPBT低頻段以1/f閃爍噪聲為主，高頻段趨近熱噪聲與散粒噪聲底。
QDPBT測輻射熱計
為了實現長波紅外探測，研究人員將金基等離子體超構材料吸收器結構與QDPBT集成（如圖3a）：底層Au接地極、Ge介質層、頂層Au超構圖案形成完美吸收結構，吸收峰可通過超構單元尺寸（0.6–1.05 μm）在6–12 μm連續調諧。器件周圍制備Au遮光窗口，抑制非敏感區雜散吸收，提升探測信噪比。
https://doi.org/10.1002/adma.202519385
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