原子尺度混合氧化物填充制备低暗电流的量子点光电探测器

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2019-12-13 08:12:46 作者: 所属分类:学术动态, 新闻中心 阅读:541

PbS量子点具有宽的可调谐带隙(0.6-1.6eV)、高的吸收系数(~106 M-1cm-1)、溶液制备成本较低以及在空气中较高的稳定性,有望成为下一代光敏材料,可以制备低成本宽光谱响应的光电探测器。但是传统采用配体交换方法制备的量子点光电探测器存在暗电流较大、信噪比较低、响应速度慢等缺点。

华中科技大学陈蓉教授团队近期提出低暗电流PbS量子点光电探测器制备方法,主要是针对量子点光电探测器暗电流较大的问题,利用原子层沉积技术的微间隙填充及厚度均匀可控等特点,采用原子层沉积技术对PbS量子点薄膜进行填充,实现性能上的提升(低暗电流)。首先,将合成的具有长链油酸配体的PbS量子点旋涂在玻璃基底上形成量子点薄膜。其次,采用平面原子层沉积技术对量子点薄膜进行少循环数的氧化铝和氧化锌的混合氧化物填充。最后在薄膜表面蒸镀银电极完成器件的制备。通过原位石英晶体微天平和傅里叶变换红外光谱测试揭示了ALD在量子点薄膜上的生长过程分为填充和平面生长阶段,并且在填充阶段量子点的长链的油酸配体并未受到活性前驱体的破坏,长链配体的存在增加了载流子的输送距离使得器件具有较小的暗电流。而瞬态荧光光谱研究表明,ALD混合氧化物填充过后,量子点薄膜增加了一个快速衰减过程,该过程是由于电子转移至填充的氧化物上造成的,而转移的电子则用来提升了光电流。本小组后续将针对单层器件响应速度较慢的问题做进一步研究,致力于制备低暗电流、快速响应的量子点光电探测器。

此项研究由陈蓉教授团队完成,最新成果成功发表于ACS Applied Electronic Materials,论文题目为“ Atomic scale composite oxides infiltration to quantum dot photodetector with ultralow dark current”。 本研究工作得到了国家自然科学基金(51835005, 51702106, 51575217, 51572097)的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1021/acsaelm.9b00667

图 1 器件工作原理图及不同氧化物填充器件的I-T曲线