北理工团队在红外光电探测器暗电流抑制技术方面取得新进展
- 2023/11/16 11:28:45 17253
- 来源：北京理工大学光电学院
【仪表网 研发快讯】红外光电探测器广泛应用于气体传感、气象遥感以及航天探测等领域。然而目前，传统的红外探测材料主要基于碲化铟、铟镓砷、碲镉汞等，需要分子束外延方法生长，以及倒装键和等复杂工艺与读出电路耦合。虽然探测性能高，但是却受限于成本与产量。
胶体量子点作为一种新兴的红外探测材料，可以由化学热注射法大规模合成，“墨水式”液相加工可以与硅读出电路直接耦合，大大加快红外焦平面阵列(FPA)的研发进度。目前北京理工大学郝群教授团队已实现320×256、1K×1K百万像素量子点红外焦平面。然而，目前红外胶体量子点暗电流噪声较大的问题限制了成像仪的分辨率和灵敏度。
郝群教授团队陈梦璐准聘教授等人，提出了量子点带尾调控方法，通过量子点成核生长分离的再生长技术，成功得到了形貌可控(图1)，分散性好，半峰宽窄，带尾态优的红外量子点，大幅度减小器件的暗电流和噪声30倍以上，室温下2.5微米延展短波波段比探测率达到4×1011 Jones，响应时间为0.94微秒(图2)。相关工作于2023年11月发表于中科院1区光学顶刊ACS Photonics。
该论文的第一作者为北京理工大学郝群教授，博士生薛晓梦、罗宇宁，通讯作者为北京理工大学陈梦璐准聘教授、唐鑫教授。
图1 不同前驱体合成量子点形貌示意图
图2 形状控制量子点与两组参考样品的器件性能对比
在此基础上，本团队制备了640×512像素的焦平面阵列成像芯片，有效像元率高达99.997%。(图3)
图3 形状控制量子点640×512像素的焦平面成像结果图
综上，本次工作开发了量子点带尾调控方法，通过单像素光电探测器及红外焦平面验证了该方法在暗电流和噪声抑制上的可靠性，在高性能胶体量子点红外光探测器发展中具有重要意义。
作者简介：
郝群，北京理工大学特聘教授。国家级高层次人才，高校创新引智基地负责人，科技部重点领域创新团队负责人，教育部跨世纪优秀人才，北京市教学名师，全国“巾帼建功”标兵。长期在新型光电成像传感技术和光电精密测试技术领域从事教学和科研工作，主要研究方向包括新型光电成像技术、仿生光电感测技术、抗振干涉测量技术及仪器等方面。主持国家自然科学基金仪器专项/重点项目、科技部重点研发计划、国家863项目等。担任中国光学学会常务理事、光电专业委员会主任委员，中国仪器仪表学会常务理事、光机电技术与系统集成分会常务副理事长，中国计量测试学会常务理事，中国兵工学会理事，光学专业委员会主任委员，中国光学光电子协会理事、红外分会副理事长等社会兼职。担任《Defense Technology》杂志副主编。
陈梦璐，北京理工大学光电学院准聘教授，博士生导师。入选国家级青年人才、北京市科技新星、中国科协“青年人才托举工程”。2015年毕业于中国科学技术大学少年班学院获理学学士及严济慈荣誉学士，2020年毕业于美国芝加哥大学物理系获博士学位。长期从事胶体量子点红外光电探测与成像研究工作，在红外量子点输运物性优化、室温运行高性能中波红外探测器、带内跃迁窄带红外探测等方面获得突破性成果，在Nature Materials、Light：Science & Applications、ACS Nano等SCI杂志上发表学术论文40余篇。
唐鑫，北京理工大学光电学院教授，博士生导师。入选国家级青年人才、中国科协“青年人才托举工程”等支持计划。长期从事新型胶体量子点红外探测器及焦平面阵列的研究及系统开发工作，波段涵盖短波、中波以及长波等多个重要红外大气窗口。相关成果以第一作者/通讯作者发表于Nature Photonics、Advanced Materials、ACS Nano等期刊上。现主持国家自然科学基金重点项目、科技部重点研发计划青年科学家项目等项目多项。
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