PbSe量子點被用于制備高性能的光電探測器

光電探測器在圖像傳感、環(huán)境監(jiān)測、通信等領域引起廣泛關注。近年來，量子點作為一種光電性能優(yōu)異的半導體納米材料，被廣泛應用于光電探測器。PbSe量子點具有優(yōu)異的吸光性能，被用于制備高性能的光電探測器。

由于具有較高的載流子遷移率和開關比，金屬氧化物晶體管近年來在顯示領域發(fā)展迅速。然而，金屬氧化物較寬的帶隙，其光電探測器主要在紫外波段響應，嚴重限制其在可見光、紅外光探測方面的應用。研究發(fā)現(xiàn)，可以通過引入吸收波長較長的光敏材料擴寬復合光電探測器的探測范圍。

PbSe量子點是一種窄帶隙的Ⅳ-Ⅵ半導體納米材料，具有優(yōu)良的紅外光敏性能。而ZnO因其較寬的帶隙，檢測波長主要在紫外波段。將兩者復合有望實現(xiàn)更寬波段的光電探測。

據麥姆斯咨詢報道，近期，湖北大學材料科學與工程學院的研究人員在《湖北大學學報（自然科學版）》期刊上發(fā)表了題為“PbSe量子點/ZnO可見-近紅外光電晶體管的研究”的最新論文，通過溶液法合成PbSe量子點，與旋涂制得的ZnO薄膜復合，制備得到以PbSe量子點作為吸光層，ZnO作為電荷傳輸層的光電晶體管復合器件，該器件在可見-近紅外波段具有良好的響應性。

本文制備PbSe量子點/ZnO可見-近紅外光電晶體管，并研究其光電性能，該器件在可見-近紅外波段具有良好的響應性，在520nm的可見光照下，光照強度為860.1μW/cm2時，響應率可達37.3A/W，探測率可達3.30×1011Jones。在895nm的近紅外光照下，光照強度為209.3μW/cm2時，響應率可達20.4A/W，探測率可達1.74×1011Jones。為后續(xù)金屬氧化物在光電晶體管中的應用研究提供重要思路。

PbSe量子點/ZnO光電晶體管的制備

ZnO薄膜的制備：將ZnO粉末溶解于氨水中，配制濃度為8mg/mL的溶液。攪拌后用0.45μm的濾頭過濾得到前驅體溶液。對烘干的硅片進行等離子清洗，將前驅體溶液旋涂于二氧化硅的表面，轉速設定為3000r/min，旋轉時間為30s。最后，將硅片放在熱臺上進行300℃，30min退火。

源電極與漏電極的制備：將配置了ZnO薄膜的硅片貼在掩模板上，使用真空鍍膜設備將金屬鋁蒸鍍到ZnO薄膜上得到ZnO晶體管。

旋涂PbSe量子點：取轉換配體后的量子點（溶液法合成）旋涂于ZnO薄膜的表面，勻膠機的轉速設定為3000r/min,時間設定為30s。旋涂結束后，將器件在熱臺上150℃ 退火30min，得到PbSe量子點/ZnO可見-近紅外光電晶體管。

性能測試

光電測試使用Keithley 2634B半導體測試儀，520nm和895nm波長的LED作為光源，信號發(fā)生器為光源提供電源。如圖1為器件的結構及測試設置，從下往上依次是：硅、二氧化硅、ZnO電荷傳輸層、設置在ZnO薄膜表面的鋁電極對和PbSe量子點光敏層。

圖1 PbSe量子點/ZnO可見-近紅外光電晶體管的器件結構及測試設置

圖2（a）顯示器件在520nm可見光照下，響應率、探測率與光照強度的關系，其中VDS=80V，VGS=80V。隨光照強度的增加,響應率、探測率逐漸減小。在光照強度為860.1μW/cm2時，其響應率為37.3A/W，其探測率為3.30×1011Jones。圖2（b）顯示器件在895nm光照下的響應率、探測率與光照強度的關系，其中VDS=80V，VGS=80V，可以觀察到隨光照強度的增加，響應率、探測率逐漸減小。在光照強度為209.3μW/cm2時，其響應率為20.4A/W，探測率為1.74×1011Jones。

圖2（a）光電晶體管在520nm下的響應率、探測率與光照強度的關系曲線；（b）光電晶體管在895nm下的響應率、探測率與光照強度的關系曲線

響應時間是用來表征光電晶體管對輸入光信號響應快慢的重要參數。圖3（a）和（b）分別是器件在520nm可見光和895nm近紅外光照下的瞬時光響應，其中VDS=80V，VGS=80V。如圖3（a）所示，在520nm光照下，光照強度為2353.9μW/cm2時，器件的上升時間為1.00s，下降時間為2.44s。如圖3（b）所示，在895nm光照下，光照強度為876.4μW/cm2時，器件的上升時間為1.80s，下降時間為2.25s。器件較慢的響應時間可能于界面存在的缺陷態(tài)和傳輸層成膜質量有關。

圖3（a）在520nm光照下光電晶體管的瞬時光響應曲線；（b）在895nm光照下光電晶體管的瞬時光響應曲線

結論

研究人員制備硒化鉛量子點/氧化鋅光電晶體管復合器件，PbSe量子點作為吸光層，拓寬ZnO晶體管的探測波長到近紅外光。測試結果表明，器件獲得優(yōu)良的光電性能，在520nm可見光照射下，響應率可達37.3A/W，探測率可達3.30×1011Jones。其上升時間為1.00s，下降時間為2.44s。在895nm近紅外光照射下，響應率可達20.4A/W，探測率可達1.74×1011Jones，其上升時間為1.80s，下降時間為2.25s。量子點與金屬氧化物的復合，有望制備出高性能的光電晶體管。

審核編輯：郭婷