带内跃迁探测器相关研究

1.  Mid-Infrared Intraband Photodetector via High Carrier Mobility HgSe Colloidal Quantum Dots

Chen, M.; Hao, Q.; Luo, Y.; Tang, X., ACS Nano 2022, 16 (7), 11027-11035.

       在这项工作中，提出了一种室温混相配体交换的方法，在没有任何可观察到的陷阱态的HgSe带内胶体量子点薄膜上，获得了相对较高的载流子迁移率(1cm²/(Vs))。此外，光学和输运实验证明，在这种方法中，可以通过额外的盐类化合物精确地控制导带中从1Se到1Pe状态的掺杂。高迁移率和在1Se到1Pe状态可控制的掺杂，使得中红外光电探测器的响应速度提高了1000倍，达到μs量级，响应度提高了55倍，达到77 mA/W，比探测率提高了10倍，在80K时达到了1.7×10⁹琼斯以上。该高性能光电探测器可以用作热成像的带内红外相机，也可以用作0.25ppm到2000ppm的二氧化碳气体传感器。

2. Mid-IR Intraband Photodetectors with Colloidal Quantum Dots

Zhao, X.; Mu, G.; Tang, X.; Chen, M., Coatings 2022, 12, (4), 467.

本文研究了一种基于HgSe胶体量子点(CQDs)的中红外波段探测器。我们研究了HgSe CQDs薄膜的尺寸、吸收光谱和载流子迁移率。在合成过程中通过调节反应的时间和温度，实现了CQDs尺寸的调节，以及导带中掺杂电子数量的调控。通过场效应晶体管测量实验证实，与其他掺杂密度相比，1Se态掺杂两个电子时暗电流有效降低了10倍。同时测量了HgSe CQDs薄膜探测器薄膜迁移率随温度的变化趋势，可以用Marcus理论很好地拟合，迁移率室温下最大可达0.046±0.002 cm²/Vs。最后，我们对器件的光电流和响应度等性能进行了实验讨论。在低温下，响应度最高可达0.135±0.012 A /W，并且具有较窄的光谱响应。

3. Size Distribution Effects on Mobility and Intraband Gap of HgSe Quantum Dots 

Chen, M.; Shen, G.; Guyot-Sionnest, P., The Journal of Physical Chemistry C 2020, 124, (29), 16216-16221.

在本工作中，我们研究了尺寸分布对HgSe胶体量子点(CQDs)迁移率、电导率间隙和带内光导的影响。利用电化学方法，我们测量了一系列尺寸分布不同但平均尺寸相近的乙二硫醇交联的n掺杂HgSe量子点薄膜的迁移率。结果表明，迁移率与尺寸分布呈指数关系。这是因为尺寸分布导致跳跃输运的平均活化能增加，并通过模型模拟再现了这一效应。与光隙位于价带和导带之间的HgTe相比，n掺杂HgSe的1Se与1Pe之间的电导率间隙受尺寸分布的影响更强。这损害了带内光导的性能，这意味着在使用带内光电探测器时需要改善尺寸分布。

4. State-Resolved Mobility of 1 cm² /(Vs) with HgSe Quantum Dot Films

Chen, M.; Shen, G.; Guyot-Sionnest, P., The Journal of Physical Chemistry Letters 2020, 11, (6), 2303-2307.

在极性墨水中用杂化配体交换法制备了HgSe胶体量子点膜，并与使用乙二硫醇的固态配体交换(HgSe/EDT)进行了比较。在这两个体系中，当1Se态填充一个电子时电导出现峰值，当1Pe态填充两个电子时电导下降。杂化配体交换的HgSe薄膜的迁移率提高了100倍，直径为7.5 nm颗粒的迁移率高达1cm²/Vs。虽然场效应晶体管和霍尔测量得到的载流子密度和迁移率相似，但迁移率的温度依赖关系与跳跃输运是一致的。

5. Reversible Electrochemistry of Mercury Chalcogenide Colloidal Quantum Dot Films

Chen, M.; Guyot-Sionnest, P., ACS Nano 2017, 11, (4), 4165-4173.

用电化学方法测量了作为中红外材料的Hg(S，Se，Te)胶体量子点能级的绝对位置。掺杂Zn的HgS、HgSe和HgTe的价带分别位于-5.85、-5.50和-4.77 eV(±0.05 eV)，与阴离子轨道能量的顺序相同。相反，导带位于-5.20、-5.50和-4.77 eV。与HgTe相比，Hg(S，Se)量子点在环境中稳定的n掺杂是因为导带足够低于测量环境的费米能级（-4.7 eV），所以即使有显著的电子约束，也允许HgS和HgSe量子点的n掺杂。报道了用乙二硫醇和电解液环境进行特殊表面处理时的费米能级和量子态的位置。然而，由于这些位置对不同方式的表面处理很敏感，因此这给控制掺杂提供了一种途径。电化学门控进一步用于确定三种不同体系薄膜的载流子迁移率，以此作为胶体量子点尺寸的函数。HgSe和HgS的迁移率随着粒子尺寸的增大而增大，而HgTe表现出非单调性，这归因于HgTe量子点一定程度的聚集。

6. Plasmon resonance enhanced colloidal HgSe quantum dot filterless narrowband photodetectors for mid-wave infrared

Tang, X.; Wu, G. f.; Lai, K. W. C., Journal of Materials Chemistry C 2017, 5 (2), 362-369.

中波红外的窄带探测在热成像和科学研究等许多领域都具有重要意义。窄带信号的检测通常采用宽带光电探测器结合干涉滤波器或干涉光学来实现，这不可避免地增加了结构的复杂性和传输损耗。在这里，我们报告了一个非冷却和无滤波器的中波红外窄带光电探测器探测与增强光响应等离子体共振。采用HgSe胶体量子点薄膜作为传感材料，利用1Se-1Pe带内跃迁产生窄带光学吸收。设计、制备了金纳米磁盘阵列，并将其与HgSe量子点薄膜集成。基于纳米盘结构产生的近场共振，可以提高基于HgSe量子点薄膜的窄带光电探测器中心波长的响应率。实验制备了四个中心波长分别为4.2 μm、6.4 μm、7.2 μm和9.0 μm的窄带光电探测器。与等离子体纳米盘阵列集成后，4个窄带光电探测器中心波长的响应度分别提高了517%@ 4.2 μm、288%@ 6.4 μm、257%@ 7.2 μm和208%@ 9.0 μm，分别达到145 mA W⁻¹、92.3 mA W⁻¹、88.6 mA W⁻¹和86 mA W⁻¹。结果表明，等离子体纳米盘阵列集成后，光谱响应半峰宽度也降低了42.9%至59.9%。4种光电探测器的半高宽均在2 μm以下(中心波长-半高宽分别为4.2 ~ 1.05 μm、6.4 ~ 1.15 μm、7.2 ~ 1.25 μm和9.0 ~ 1.75 μm)，具有很好的光谱响应性。