近年來，無鉛銀鉍硫（AgBiS?）量子點作為新型環保光電材料受到廣泛關注，其具有吸收系數高（>10? cm?1）、帶隙可調、溶液可加工、本征缺陷容忍度高等優勢，被視為下一代低成本光電探測器的候選材料。然而純相AgBiS?量子點探測器仍存在三大核心短板：一是陷阱態密度高，導致靈敏度不足、響應速度慢；二是在紫外照射與氧氣環境下易發生相變相降解，運行與長期穩定性差；三是本征吸收僅覆蓋深紫外至近紅外區域（300–1300 nm），無法延伸至1700 nm以上的擴展短波紅外波段，難以滿足超寬帶探測需求。異質結構建被認為是同時拓展響應波段、提升電荷分離效率、增強器件穩定性的有效手段。
據麥姆斯咨詢報道，近日，大連民族大學的研究團隊提出II型AgBiS?量子點/In?.??Ga?.??As異質結光敏層方案，首次將無鉛AgBiS?探測器的響應范圍拓展至擴展短波紅外（eSWIR），在零偏壓自供電模式下實現0.3–2.3 μm超寬帶探測，峰值響應度達1.66 A/W，最高探測率為2.64×1012 Jones。該器件同時展現出優異的長期存儲穩定性、紫外穩定性與環境耐受性，無需制冷即可實現多波段成像，為低成本、高可靠的室溫超寬帶光電探測提供了全新技術路徑。研究成果以“Heterojunction Enabled Room-Temperature Self-Powered AgBiS? Quantum Dots Photodetectors up to 2.3 μm”為題發表在Laser & Photonics Reviews期刊上。
能帶結構與內建電場
研究團隊首先通過密度泛函理論（DFT）計算，從原子層面揭示了AgBiS?/In?.??Ga?.??As異質結的界面電子結構與電荷轉移機制，相關結果如圖1所示。本研究并非簡單的材料疊層，而是通過精準的能帶匹配設計與界面化學鍵調控，構建了熱力學穩定的II型異質結。
圖1 AgBiS?量子點/In?.??Ga?.??As異質結能帶結構與內建電場
圖2 AgBiS?量子點原子結構及表征
AgBiS?量子點光電探測器
為實現超寬帶光譜覆蓋，研究團隊分別制備了高質量AgBiS?量子點與In?.??Ga?.??As 外延薄膜，二者形成光譜互補的吸收體系。隨后，研究團隊基于AgBiS?/In?.??Ga?.??As異質結制備了光電探測器，并對其進行了系統評估，相關結果如圖3和圖4所示。
圖3 AgBiS?量子點光電探測器光電性能
AgBiS?量子點光電探測器在零偏壓自供電模式下實現了300–2300 nm的超寬帶光電響應，覆蓋深紫外、可見光、近紅外一區、近紅外二區與擴展短波紅外全波段，實現了1012 Jones量級的高探測率與百微秒級的快速響應，綜合性能處于同類器件領先水平。
圖4 AgBiS?量子點光電探測器光電性能
室溫寬帶成像應用
基于優異的全波段探測性能，研究團隊進一步制備了8×8像素的探測器陣列，搭建了無制冷超寬帶成像系統，驗證器件在多光譜成像領域的應用潛力。成像系統由不同波段光源、透鏡、掩模板與探測器陣列組成，分別采用340 nm紫外、540 nm可見光、980 nm近紅外一區、1540 nm近紅外二區、2100 nm擴展短波紅外五種波長進行照射，對“LIGHT”字母掩模進行成像，相關結果如圖5所示。
圖5 室溫寬帶成像應用
https://doi.org/10.1002/lpor.71626
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