一種用于長距離的低成本量子點紅外光電探測器

　　來自西班牙的一個研究小組開發了一種低成本的膠體量子點光電探測器，該探測器能夠感應長波紅外（IR），并有可能取代目前可用的，更昂貴的紅外光電探測器（Nano Lett。，doi：10.1021 / acs .nanolett.9b04130）。研究人員稱，這項新技術填補了光電檢測光譜中的現有空白，并且可能對諸如環境監測，食品檢查和氣體分析等應用具有潛在應用。

手持微型傳感器芯片中紅外光電探測器由膠體量子點組成，涂在帶有金觸點的透明基板上。

　　尋找更低成本的替代品

　　到目前為止，光電探測器技術還并不系統，硅光電探測器可用于可見/近紅外范圍，InGaAs光電探測器可用于短波紅外區域。盡管確實存在可同時用于中波和長波IR的設備（例如CdHgTe或更特殊的檢測器），但它們往往價格昂貴，制造復雜且與CMOS不兼容。

　　為了尋求更便宜的替代方法，ICFO –光子科學研究所的Gerasimos Konstantatos等希望創建帶有膠體量子點（QD）的中長波紅外光電探測器。特別地，他們決定專注于硫屬元素鉛（PbS）膠體QD，因為較早的研究表明該材料在溶液導帶內具有穩態帶內吸收。

　　“ PbS量子點在短波紅外領域與InGaAs競爭的潛力，具有非常好的性能和極低的成本。此外，它們還與CMOS電子產品兼容。”作者Konstantatos說， “因此，我們希望將該材料平臺的光譜范圍擴展到中波和長波紅外，以便我們最終擁有一個單一的材料平臺，同時兼具廉價和兼容CMOS的產品。”

　　利用帶內躍遷

　　研究人員找到了一種創新的方法來解決膠體量子點帶隙中的基本限制。傳統上，光譜覆蓋范圍由半導體化合物的體帶隙確定。相反，Konstantatos和他的同事們利用帶內躍遷而不是帶間躍遷，這意味著能量低于帶隙的光子可以用來將電子激發到更高的能態。在量子點的膠體合成之后，研究小組進行了配體交換程序，將暴露的硫原子替換為碘原子。此步驟之后是用氧化鋁填充并封蓋它們，從而產生了重摻雜的量子點。

　　擴大光譜范圍

　　實驗表明，帶內吸收和光電檢測范圍為5至9 μm，這首次打破了PbS膠體QD的帶隙極限。結果還表明，帶內躍遷隨著量子點大小的增加而紅移。研究人員認為該技術有望的進一步發展，實現低成本的紅外多光譜成像系統。

　　Konstantatos說：“據我們所知，這是首次在這種材料中實現穩定的電子重摻雜，從而實現了帶內PbS量子點光電探測器。我們的研究目前僅限于概念證明，PbS量子點光電探測器的性能仍然不如目前廣泛使用的技術，我們正在努力提高其競爭力。”