紅外光電探測器廣泛應用于氣體傳感、氣象遙感以及航天探測等領域。然而目前，傳統的紅外探測材料主要基于碲化銦、銦鎵砷、碲鎘汞等，需要分子束外延方法生長，以及倒裝鍵和等復雜工藝與讀出電路耦合。雖然探測性能高，但是卻受限于成本與產量。
 

　　膠體量子點作為一種新興的紅外探測材料，可以由化學熱注射法大規模合成，“墨水式”液相加工可以與硅讀出電路直接耦合，大大加快紅外焦平面陣列(FPA)的研發進度。目前北京理工大學郝群教授團隊已實現320×256、1K×1K百萬像素量子點紅外焦平面。然而，目前紅外膠體量子點暗電流噪聲較大的問題限制了成像儀的分辨率和靈敏度。
 

　　郝群教授團隊陳夢璐準聘教授等人，提出了量子點帶尾調控方法，通過量子點成核生長分離的再生長技術，成功得到了形貌可控(圖1)，分散性好，半峰寬窄，帶尾態優的紅外量子點，大幅度減小器件的暗電流和噪聲30倍以上，室溫下2.5微米延展短波波段比探測率達到4×1011 Jones，響應時間為0.94微秒(圖2)。相關工作于2023年11月發表于中科院1區光學頂刊ACS Photonics。
 

　　該論文的第一作者為北京理工大學郝群教授，博士生薛曉夢、羅宇寧，通訊作者為北京理工大學陳夢璐準聘教授、唐鑫教授。
 

圖1 不同前驅體合成量子點形貌示意圖
 

圖2 形狀控制量子點與兩組參考樣品的器件性能對比
 

　　在此基礎上，本團隊制備了640×512像素的焦平面陣列成像芯片，有效像元率高達99.997%。(圖3)
 

圖3 形狀控制量子點640×512像素的焦平面成像結果圖
 

　　綜上，本次工作開發了量子點帶尾調控方法，通過單像素光電探測器及紅外焦平面驗證了該方法在暗電流和噪聲抑制上的可靠性，在高性能膠體量子點紅外光探測器發展中具有重要意義。
 

　　作者簡介：
 

　　郝群，北京理工大學特聘教授。國家級高層次人才，高校創新引智基地負責人，科技部重點領域創新團隊負責人，教育部跨世紀優秀人才，北京市教學名師，全國“巾幗建功”標兵。長期在新型光電成像傳感技術和光電精密測試技術領域從事教學和科研工作，主要研究方向包括新型光電成像技術、仿生光電感測技術、抗振干涉測量技術及儀器等方面。主持國家自然科學基金儀器專項/重點項目、科技部重點研發計劃、國家863項目等。擔任中國光學學會常務理事、光電專業委員會主任委員，中國儀器儀表學會常務理事、光機電技術與系統集成分會常務副理事長，中國計量測試學會常務理事，中國兵工學會理事，光學專業委員會主任委員，中國光學光電子協會理事、紅外分會副理事長等社會兼職。擔任《Defense Technology》雜志副主編。
 

　　陳夢璐，北京理工大學光電學院準聘教授，博士生導師。入選國家級青年人才、北京市科技新星、中國科協“青年人才托舉工程”。2015年畢業于中國科學技術大學少年班學院獲理學學士及嚴濟慈榮譽學士，2020年畢業于美國芝加哥大學物理系獲博士學位。長期從事膠體量子點紅外光電探測與成像研究工作，在紅外量子點輸運物性優化、室溫運行高性能中波紅外探測器、帶內躍遷窄帶紅外探測等方面獲得突破性成果，在Nature Materials、Light：Science & Applications、ACS Nano等SCI雜志上發表學術論文40余篇。
 

　　唐鑫，北京理工大學光電學院教授，博士生導師。入選國家級青年人才、中國科協“青年人才托舉工程”等支持計劃。長期從事新型膠體量子點紅外探測器及焦平面陣列的研究及系統開發工作，波段涵蓋短波、中波以及長波等多個重要紅外大氣窗口。相關成果以第一作者/通訊作者發表于Nature Photonics、Advanced Materials、ACS Nano等期刊上。現主持國家自然科學基金重點項目、科技部重點研發計劃青年科學家項目等項目多項。