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西班牙研發膠體量子點光電探測器,可實現中遠紅外光探測
2020-01-21

[據物理學組織網站網站2020年1月16日報道]  自從中遠紅外光學傳感(5微米)在環境監測、氣體探測、熱成像以及食品質量控制或在制藥行業的一些應用中被證明是出色的工具,它在不同應用領域的重要性也越來越凸顯。在這個非常豐富的光譜窗中所隱藏的信息量為多光譜甚至高光譜成像帶來了新的可能。即使一些技術可以實現相應的挑戰,但技術太過復雜且成本高昂。盡管將此類功能引入消費市場的市場需求很大,但市場還是需要一種成本低、兼容互補金屬氧化物半導體以及不存在嚴重監管問題的技術。

PbS膠體量子點已成為一種成本競爭力大的高性能光電探測器技術,它與互補金屬氧化物半導體技術兼容,且在近期被證實在短波紅外(1-2 微米)范圍內也是可用的。不過,目前為止,這種技術存在一個基本限制:這種類型的量子點依賴于帶隙間光吸收(光子在材料的帶隙上激發載流子),因此該技術通常適用于帶隙較低的材料。

在近期發表在《納米快報》上的一項研究中,西班牙光子科學研究所研究人員伊尼戈·拉米羅、奧努爾·奧茲德米爾、索蒂里奧斯·赫里斯托祖、舒奇·古普塔、馬里奧娜·達爾馬斯、雅各布·托雷在西班牙光子科學研究所耶拉西莫斯·康斯坦塔托斯教授的帶領下,研發出的一種膠體量子點光電探測器能夠首次使用無汞材料制成的PbS 膠體量子點來探測5微米至10 微米的遠紅外光。

研究人員在實驗中采用了一種技術來對量子點進行強有力且持久的電子摻雜。這種重摻雜的方式讓他們能夠為電子躍遷提供新的機制:他們不再依賴于材料帶隙上的躍遷,而是找到了一種可促進高激發態之間進行躍遷的方法,這種方法被稱為子帶間(或帶內)躍遷。研究人員們采用這種方法,用那些遠低于之前在中波與長波紅外范圍里的光子能量來吸收光子,以激發電子。他們還證實了,可以通過更改膠體量子點的大小來對這種檢測器的光譜覆蓋范圍進行調整,也就是說,量子點越大,紅外吸收能力就越強。

這項研究的結果為我們展示了一個新穎、獨特的材料平臺,這個平臺以重摻雜的PbS 膠體量子點為基礎,可覆蓋的光波范圍較廣,能夠應對并解決光電探測器技術領域目前所面臨的挑戰。這個新發現的長紅外范圍內的光吸收特性再加上成本低且日趨成熟的膠體量子點技術,可能會給極限寬帶以及那些與多光譜互補金屬氧化物半導體兼容的光電探測器帶來一場革命。國家工業信息安全發展研究中心  朱航琪

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