作为一种新兴的红外光敏材料，红外胶体量子点因其带隙大小可调、合成方式简单、可与读出电路（ROIC）直接集成等特性，为新一代低成本、大尺寸红外成像器件的开发提供了新的技术选择。开发基于胶体量子点的焦平面探测技术既是当前领域学术研究的热点，也是产业应用的前沿。在众多窄带隙量子点材料中，碲化汞（HgTe）胶体量子点因其优异的材料特性和超宽的光谱覆盖范围，受到了广泛关注。
基于光伏结构的光电二极管焦平面阵列理论上可以在不加偏压的情况下工作，具有信噪比高、探测性能好等优势。尽管已有高性能的单像素HgTe量子点光电二极管探测器的报道，但焦平面阵列探测器的开发仍处于起步阶段。从单像素探测器升级到阵列格式成像器时，需要解决以下几个问题：（1）薄膜制备工艺复杂：文献报道的HgTe量子点薄膜通常采用逐层组装方法，繁琐的步骤和多次溶液处理严重影响了读出电路上薄膜的质量。（2）空穴传输层的局限性：当前常规的Ag掺杂HgTe量子点是光伏型探测器中常用的空穴传输层。由于Ag⁺掺杂剂的扩散不可控，这种方法在焦平面阵列探测器的制备上存在一定挑战。（3）顶部电极的透过性：当前探测器的结构依赖热蒸发的金属顶电极，影响红外光的透过性。
据麦姆斯咨询报道，为了解决上述问题，华中科技大学蓝新正教授课题组开发了一种基于ZnO/HgTe胶体量子点/ZnTe的双异质结光电二极管结构。通过形成胶体稳定的HgTe量子点墨水，实现了一步法直接薄膜沉积，解决了高质量光敏层薄膜制备的难题。为了构建内建电场，分别采用磁控溅射ZnO和热蒸发ZnTe作为电子传输层和空穴传输层。在ZnTe层的保护下，通过磁控溅射沉积红外透明的氧化铟锡薄膜作为顶部电极，提高了对红外光的吸收。该双异质结光电二极管可在400-1800 nm范围内工作，其峰值外量子效率在1600 nm处达到56%，与非制冷InGaAs探测器相当。最终，通过与CMOS读出电路的片上集成，成功制备了640 × 512像素的短波红外成像器件原型。
相关成果以“Double-Heterojunction-Based HgTe Colloidal Quantum Dot Imagers”为题发表于ACS Nano期刊。论文第一作者为胡慧成（现为北京理工大学长三角研究院副研究员）和刘京博士研究生，通讯作者为蓝新正教授。
相关研究结果的图文展示如下：
图1 导电HgTe胶体量子点薄膜的制备与表征
图2 双异质结光电二极管传输层设计
图3 双异质结光电二极管的表征和探测性能
图4 HgTe胶体量子点焦平面阵列探测器的性能表征
论文亮点：
1、设计了基于HgTe胶体量子点的双异质结型器件结构，将量子点的溶液加工和传统半导体的真空制备结合起来，不仅极大简化制备工艺，还与CMOS工艺兼容性好，利于大面阵量子点成像芯片的开发和应用。
2、发展了高质量的HgTe胶体量子点溶液，可以通过单次旋涂制备高度均一的、厚度可调的量子点薄膜。
3、HgTe胶体量子点探测器为顶入射结构，能够保障高外量子效率的实现。
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c17257
作为一种新兴的红外光敏材料，红外胶体量子点因其带隙大小可调、合成方式简单、可与读出电路（ROIC）直接集成等特性，为新一代低成本、大尺寸红外成像器件的开发提供了新的技术选择。开发基于胶体量子点的焦平面探测技术既是当前领域学术研究的热点，也是产业应用的前沿。在众多窄带隙量子点材料中，碲化汞（HgTe）胶体量子点因其优异的材料特性和超宽的光谱覆盖范围，受到了广泛关注。
基于光伏结构的光电二极管焦平面阵列理论上可以在不加偏压的情况下工作，具有信噪比高、探测性能好等优势。尽管已有高性能的单像素HgTe量子点光电二极管探测器的报道，但焦平面阵列探测器的开发仍处于起步阶段。从单像素探测器升级到阵列格式成像器时，需要解决以下几个问题：（1）薄膜制备工艺复杂：文献报道的HgTe量子点薄膜通常采用逐层组装方法，繁琐的步骤和多次溶液处理严重影响了读出电路上薄膜的质量。（2）空穴传输层的局限性：当前常规的Ag掺杂HgTe量子点是光伏型探测器中常用的空穴传输层。由于Ag⁺掺杂剂的扩散不可控，这种方法在焦平面阵列探测器的制备上存在一定挑战。（3）顶部电极的透过性：当前探测器的结构依赖热蒸发的金属顶电极，影响红外光的透过性。
据麦姆斯咨询报道，为了解决上述问题，华中科技大学蓝新正教授课题组开发了一种基于ZnO/HgTe胶体量子点/ZnTe的双异质结光电二极管结构。通过形成胶体稳定的HgTe量子点墨水，实现了一步法直接薄膜沉积，解决了高质量光敏层薄膜制备的难题。为了构建内建电场，分别采用磁控溅射ZnO和热蒸发ZnTe作为电子传输层和空穴传输层。在ZnTe层的保护下，通过磁控溅射沉积红外透明的氧化铟锡薄膜作为顶部电极，提高了对红外光的吸收。该双异质结光电二极管可在400-1800 nm范围内工作，其峰值外量子效率在1600 nm处达到56%，与非制冷InGaAs探测器相当。最终，通过与CMOS读出电路的片上集成，成功制备了640 × 512像素的短波红外成像器件原型。
相关成果以“Double-Heterojunction-Based HgTe Colloidal Quantum Dot Imagers”为题发表于ACS Nano期刊。论文第一作者为胡慧成（现为北京理工大学长三角研究院副研究员）和刘京博士研究生，通讯作者为蓝新正教授。
相关研究结果的图文展示如下：
图1 导电HgTe胶体量子点薄膜的制备与表征
图2 双异质结光电二极管传输层设计
图3 双异质结光电二极管的表征和探测性能
图4 HgTe胶体量子点焦平面阵列探测器的性能表征
论文亮点：
1、设计了基于HgTe胶体量子点的双异质结型器件结构，将量子点的溶液加工和传统半导体的真空制备结合起来，不仅极大简化制备工艺，还与CMOS工艺兼容性好，利于大面阵量子点成像芯片的开发和应用。
2、发展了高质量的HgTe胶体量子点溶液，可以通过单次旋涂制备高度均一的、厚度可调的量子点薄膜。
3、HgTe胶体量子点探测器为顶入射结构，能够保障高外量子效率的实现。
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c17257
