近紅外（NIR，780–1100 nm）與短波紅外（SWIR，1100–2500 nm）雙波段探測技術憑借光譜互補特性，在智能機器視覺、工業材料識別、農產品品質檢測、生物醫學成像、安防防偽等領域擁有不可替代的應用價值。目前商用雙波段紅外系統多采用硅基近紅外探測器+銦鎵砷短波紅外探測器分立組合方案，需要復雜光路校準與圖像融合模塊，設備體積龐大、成本高昂，難以適配便攜式終端與片上集成系統。為實現單芯片雙波段探測，學界相繼開發了鍺基、二維材料、膠體量子點（CQDs）等堆疊式集成器件。其中硫化鉛（PbS）膠體量子點憑借帶隙粒徑可連續調控、溶液可加工、與硅讀出電路兼容性強等優勢，成為雙波段紅外探測的理想材料。但以往PbS基雙波段器件多采用背照式結構，無法與讀出集成電路（ROIC）單片集成，同時普遍存在暗電流偏高、光譜串擾嚴重、陣列均勻性差等問題，限制了實際成像應用。
據麥姆斯咨詢報道，復旦大學、上海大學、中國科學院大學杭州高等研究院和上海技物所的聯合研究團隊設計并制備頂入射p-i-n-i-p背靠背同質結雙波段光電探測器。通過兩種不同粒徑的PbS量子點分別作為近紅外、短波紅外吸收層，依靠能帶工程構建單極勢壘，并利用外加偏壓實現波段選擇性切換。器件在兩個波段的比探測率均突破1×1011 cm·√Hz·W?1，短波紅外向近紅外串擾低至0.5%，近紅外向短波紅外串擾為7.7%。研究進一步完成128×128規格雙波段紅外焦平面陣列（FPA）集成，實現實景雙波段成像驗證。這項研究建立了一套可規模化、硅工藝兼容的溶液基雙波段紅外成像技術路線，為低成本紅外芯片產業化奠定基礎。相關研究成果以“Dual-Band Infrared PbS Colloidal Quantum Dot Focal Plane Array”為題發表在Nature Communications期刊上。
光譜串擾的優化
光譜串擾是雙波段光電探測器的一項關鍵性能參數，它會直接影響探測器區分不同光譜波段信號的能力。研究人員利用偏壓相關的光譜響應作為新方法，來抑制光譜串擾并實現波段選擇性檢測。為量化偏置調制帶來的影響，開展了校準實驗，構建出涵蓋不同偏壓與波長的完整響應度矩陣，相關結果如圖3所示。這項研究利用偏壓分區調控結合能帶勢壘，成功將雙波段光譜串擾壓制到實用化水平。
雙波段紅外成像
研究人員搭配自主設計的雙向電流讀出電路（ROIC），單片集成出128×128像素雙波段焦平面陣列，像素間距15 μm。陣列采用電容跨阻放大器架構，可識別正負向光電流，適配雙偏壓工作模式，相關成像結果如圖4所示。陣列近紅外有效像素率87.99%，短波紅外有效像素率90.76%，像素缺陷主要來源于ROIC表面平整度不足。整套成像系統積分時間2 ms、讀出時間1 ms，成像幀率達333 Hz，實時成像能力突出。
https://doi.org/10.1038/s41467-026-69199-1
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