双色/多色探测器相关研究
双波段光电探测器因其在光通信、生化检测和环境监测方面的潜力而引起了广泛的关注。然而，成熟的具有不同能隙的大块半导体在同一光电探测器像素中的晶格失配，以及有机材料、二维材料、钙钛矿材料等新兴材料的光谱区域有限，阻碍了双波段探测器的发展。胶体量子点具有带隙大小可调、光谱范围可调、易于溶液加工等优点，是一种很有前途的双波段光电探测器材料。在此，我们提出了一种基于金属硫化物CQDs (HgTe和CdTe CQDs)的双波段可见光和短波红外探测器。在CdTe和HgTe层之间引入n型ZnO层作为电子传输层和空穴阻挡层，以防止来自不同传感层的空穴注入，使探测器能够通过改变偏压的极性和大小在可见光模式和短波模式之间切换。该器件表现出优异的检测性能，比探测率可达1011 Jones以上。
Zhang, S.; Bi, C.; Tan, Y.; Luo, Y.; Liu, Y.; Cao, J.; Chen, M.; Hao, Q.; Tang, X. ACS Nano 2022.
互补金属氧化物半导体(CMOS)硅传感器在光电子学领域发挥着重要作用，从小型手机摄像头到用于遥感的大尺寸成像仪都得到了广泛应用。尽管有许多优点，但它们的传感范围被限制在可见光(0.4 ~ 0.7 μm)和近红外(0.8 ~ 1.1 μm)范围内，这由它们的能隙(1.1 eV)决定。然而，在该光谱范围以下或以上，紫外线(UV)和短波红外(SWIR)已在指纹识别、夜视和成分分析等众多应用中得到证明。在这项工作中，通过对胶体量子点(CQDs)的直接光刻，我们演示了多光谱宽带CMOS兼容成像仪与紫外增强可见像素和SWIR像素的实现。利用一台成像仪获得高分辨率单色图像和合并的多光谱图像。光响应不均匀性(PRNU)低于5%，死像素率为0%，室温响应系数在300nm处为0.25A/W，750 nm处为0.4A/W，2.0 μm处为0.25A/W。
3. Single-/fused-band dual-mode mid-infrared imaging with colloidal quantum-dot triple-junctions
Shuo Zhang, Ge Mu, Jie Cao, Yuning Luo, Qun Hao, Menglu Chen, Yimei Tan, Pengfei Zhao, and Xin Tang, Photon. Res. 10, 1987-1995 (2022).
融合多光谱信息获得的图像数据可以用于有效的识别和导航，因为它具有超出人类视觉范围的额外信息，包括热分布、夜视和分子组成。然而，具有这种能力的光电探测器的构建受到了具有不同能隙和晶格常数的多个半导体结集成所产生的结构复杂性的阻碍。在这项工作中，我们开发了一种胶体量子点双模探测器，能够检测、分离和融合来自不同波长范围的光子。利用三个垂直堆叠的交替极性胶体量子点同质结，通过控制偏压极性和幅度，可以在同一台探测器上实现单波段短波红外成像和融合波段成像(短波和中波红外)。双模探测器在融合带模式下的探测能力可达8×1010 Jones，在单带模式下可达3.1×1011 Jones。在没有图像后处理算法的情况下，双模探测器可以同时提供夜视和热信息增强的夜视成像能力。据我们所知，这是第一个可以实现这种功能的胶体量子点探测器。工作模式可以在高达1.7 MHz的高频下改变，使得同时实现双模式成像和远程温度传感成为可能。
4. Resonant Cavity-Enhanced Colloidal Quantum-Dot Dual-Band Infrared Photodetectors
Luo, Y.; Zhang, S.; Tang, X.; Chen, M. J. Mater. Chem. C 2022, 10 (21), 8218–8225.
红外多光谱探测在军事侦察、自动驾驶、天气预报等方面有着广泛的应用，得到了广泛的探索。胶体量子点作为外延半导体的替代品，其广泛的光谱可调性和光学多功能性激发了各种高性能光电器件。在这里，我们演示了CQD双波段红外光电探测器和Fabry-Perot谐振腔的集成，该谐振腔在短波红外(SWIR)和中波红外(MWIR)范围内提供了可偏压切换的光谱响应。同时，由于谐振腔的存在，提高了探测器的光学采集效率和光谱选择性，从而提高了探测器的性能。光电探测器在SWIR和MWIR下的响应度分别为1.1 A W-1和1.6 A W-1。通过双波段红外成像和光谱吸收测量说明了探测器的性能。
Tang, X.; Chen, M.; Kamath, A.; Ackerman, M. M.; Guyot-Sionnest, P., ACS Photonics 2020, 7, (5), 1117-1121.
将红外探测器与目前的硅基成像仪集成，不仅可以扩展其光谱传感范围，还可以实现许多应用，包括热成像、机器视觉和光谱仪。在此，我们通过在石墨烯/p-硅肖特基结上沉积胶体量子点(CQDs)红外光电二极管来开发一种双波段光电探测器，以提供同时探测可见光和红外光响应波段。HgTe光电二极管被设计成具有不同填充因子的半透明网状结构，以便可见光可以到达硅衬底。石墨烯/硅肖特基结在可见光波段的响应率为0.9 A /W，红外CQDs光电二极管在2.4 μm波段的探测率为 5×109 Jones，填充系数为0.1。
6. Dual-band infrared imaging using stacked colloidal quantum dot photodiodes
Tang, X.; Ackerman, M. M.; Chen, M.; Guyot-Sionnest, P., Nature Photonics 2019, 13, (4), 277-282.
随着对高灵敏度、低成本和可扩展的、能够识别同时发生的光谱信息的设备需求日益增加，红外多光谱成像技术越来越受到人们的关注。然而，这种探测器的广泛使用仍然受到外延半导体的高成本的限制。相比之下，胶体量子点的溶液可加工性和宽谱可调谐性激发了各种廉价、高性能的光电器件的开发。在这里，我们展示了一个胶体量子点双波段探测器，它在两个不同的波段提供了可切换的光谱响应。在背对背二极管结构中，两个整流结的垂直叠加是通过设计一个适应性强和空间稳定的掺杂过程来实现的。通过控制偏置极性和偏置幅值，在低温下，该探测器可在调制频率高达100 kHz、比探测率高于1010 Jones的短波红外和中波红外之间快速切换。通过双波段红外成像和远程温度监测来证明了探测器的性能。
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