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膠體量子點（CQDs）有望用于具有高探測率和低成本生產的紅外光電探測器。盡管CQDs能夠實現光致電荷倍增，但低帶隙材料中的熱噪聲限制了它們在紅外探測器中的性能。

2024年12月18日，韓國科學技術院（KAIST）Jung-Yong Lee教授在國際頂級期刊Nature Nanotechnology發表題為《Ultrahigh-gain colloidal quantum dot infrared avalanche photodetectors》的研究論文，Byeongsu Kim、Sang Yeon Lee、Hyunseok Ko為論文第一作者，Jung-Yong Lee教授為論文通訊作者。

Jung-Yong Lee，韓國科學技術院（KAIST）教授。2000年、2002年獲韓國首爾國立大學學士和碩士學位，2010年獲斯坦福大學博士學位，隨后留校從事博士后研究。2010年加入韓國科學技術院，2022年晉升為教授。

Jung-Yong Lee教授的研究興趣為高效光伏電池、發光二極管、光電探測器、可拉伸電子器件、生物傳感器、有機器件、量子點、鈣鈦礦材料。

在這里，作者提出了一種基于CQD的紅外光電探測器的開創性架構，該探測器使用動力泵浦雪崩倍增。

研究人員通過對厚CQD層(>540nm) 施加強電場，電子獲得超出CQD材料帶隙的動能，從而啟動動力泵浦電荷倍增。

作者通過平衡碰撞電離和電子跳躍，將點到點的距離優化至約4.1 nm來提高性能。優化的CQD基紅外光電探測器在940 nm處實現了85的最大倍增增益和1.4×10¹⁴?Jones的峰值檢測率。這種架構為單光子探測和超高探測率應用提供了潛力。

圖1：CQD基紅外光電探測器中的倍增機制評估

圖2：硫醇處理的CQD固體的性能

圖3：硫醇處理CQD的密度泛函理論（DFT）計算

圖4：940納米紅外源下CQD基紅外光電探測器的器件性能

綜上，作者介紹了一種新型的基于膠體量子點（CQDs）的紅外光電探測器，該探測器利用動力泵浦雪崩倍增效應實現了超高增益和探測度。

結果表明，通過優化量子點間的距離和CQD層厚度，該探測器在940 nm波長下達到了最大倍增增益85和峰值探測度1.4×10¹⁴ Jones，顯示出在單光子探測和超高探測度應用方面的潛力。

本研究不僅提高了CQD紅外探測器的性能，還為低成本、高靈敏度的紅外探測器在人機交互、智能健康監測等領域的應用提供了新的可能性。

Kim, B., Lee, S.Y., Ko, H.?et al.?Ultrahigh-gain colloidal quantum dot infrared avalanche photodetectors.?Nat. Nanotechnol.?(2024).

原創文章，作者：zhan1，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/12/26/6bc58d2e71/

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