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湖南先進(jìn)傳感與信息技術(shù)創(chuàng)新研究院在微納近紅外探測器領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展


  來源: 湖南先進(jìn)傳感與信息技術(shù)創(chuàng)新研究院 時(shí)間:2023-06-14 編輯:清風(fēng)
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近日,湘潭大學(xué)湖南先進(jìn)傳感與信息技術(shù)創(chuàng)新研究院曹覺先教授和黃凱教授團(tuán)隊(duì)在納米材料領(lǐng)域國際著名期刊《美國化學(xué)學(xué)會—納米》(ACS Nano,IF=18.027)在線發(fā)表了題為“碳納米管晶體管結(jié)合膠體量子點(diǎn)光敏柵極的高外量子效率光電探測器”(Carbon Nanotube Transistor with Colloidal Quantum Dot Photosensitive Gate for Ultra-High External Quantum Efficiency Photodetector)。論文第一作者為研究院2020級博士研究生韓建富,曹覺先教授和黃凱教授為共同通訊作者,湘潭大學(xué)為論文的第一單位。



PbS膠體量子點(diǎn)是開發(fā)下一代高性能近紅外光電探測器的有力候選者。然而,由于配體隔離以及表面缺陷的存在,PbS量子點(diǎn)通常表現(xiàn)出低的載流子遷移率,這限制了量子點(diǎn)光電子器件性能的進(jìn)一步提升。針對這一問題,曹覺先教授和黃凱教授團(tuán)隊(duì)通過合理的設(shè)計(jì),將PbS膠體量子點(diǎn)光電二極管和碳納米管薄膜場效應(yīng)晶體管成功結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了一種具有光敏感柵極的晶體管型近紅外探測器。光生電子與空穴在負(fù)柵壓與內(nèi)建電場的雙重作用下能快速分離與轉(zhuǎn)移,聚積在柵極電介質(zhì)層界面的光生電子能產(chǎn)出等效柵電容效應(yīng)開啟碳基晶體管,從而實(shí)現(xiàn)光信號向電信號的轉(zhuǎn)換。該項(xiàng)研究提出在光電轉(zhuǎn)換器件中光學(xué)模塊和電學(xué)模塊相互分離的結(jié)構(gòu),可以同時(shí)發(fā)揮PbS量子點(diǎn)光學(xué)和碳納米管電學(xué)的優(yōu)勢。


該文報(bào)道的光電探測器在950 nm近紅外光下的響應(yīng)度和探測率分別為41.9 A/W和3.04×1011Jones。更重要的是,由于碳基場效應(yīng)晶體管的放大功能,通過二次電子的增益效應(yīng),該器件的外量子效率(EQE)達(dá)到5470%。此外,器件還展現(xiàn)出靈活可調(diào)的光響應(yīng),通過柵電壓可在大的范圍內(nèi)控制調(diào)節(jié)響應(yīng)性能參數(shù)。本文中光電探測器的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和出色性能,為下一代光電探測器件的研究與開發(fā)提供了新的思考。論文得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目以及湖南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。


探測器陣列∣單光電探測器結(jié)構(gòu)∣探測機(jī)理∣器件響應(yīng)度與外量子效應(yīng)


湖南先進(jìn)傳感與信息技術(shù)創(chuàng)新研究院成立于2018年,由湘潭大學(xué)與北京大學(xué)合作共建,是集人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化于一體,治理結(jié)構(gòu)完善、運(yùn)行機(jī)制靈活、有別于現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的“實(shí)驗(yàn)區(qū)”。研究院團(tuán)隊(duì)由中國科學(xué)院彭練矛院士領(lǐng)銜,包括國家優(yōu)青、青年拔尖人才、青年千人等在內(nèi)的11名學(xué)術(shù)帶頭人、5名教授、2名副教授、12位優(yōu)秀博士、14名實(shí)驗(yàn)室工程技術(shù)人員、100余名博士及碩士研究生。圍繞碳基集成電路和新型傳感器為代表的新一代信息技術(shù)領(lǐng)域,團(tuán)隊(duì)在唐氏綜合癥篩查、肝癌檢測、無創(chuàng)血糖監(jiān)測等生物傳感和甲烷、氫氣、甲醛等氣體傳感器件及其相關(guān)技術(shù)方面取得重要成果,并已研制全球首條碳基傳感器芯片小試線,推進(jìn)相關(guān)核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。


文章鏈接:https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02064

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