高丽大学研究团队开发超低噪声红外量子点光探测器核心技术

by Choi Taewon

Published 04 Dec.2023 16:36(KST)

Updated 04 Dec.2023 17:16(KST)

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Shim Jaewon、Oh Seungju 教授团队

高丽大学研究团队开发出了利用高分子光学屏蔽层的超低噪声红外量子点光探测器核心技术。

上排自左起按顺时针方向为 Shim Jaewon 电气电子工学部教授（通讯作者）、Oh Seungju 新材料工学部教授（通讯作者）、Choi Younggyun 硕博连读课程（第一作者）、Kim Taehyeok 硕博连读课程（第一作者）图片由高丽大学提供

此次研究由高丽大学工科学院电气电子工程系教授团队Sim Jaewon（第一作者硕博连读研究生 Kim Taehyeok）和新材料工程系教授团队Oh Seungju（第一作者硕博连读研究生 Choi Younggun）共同完成，研究成果近日已在线发表在该领域世界顶级学术期刊《Advanced Materials》（影响因子：29.4）上。

随着节能高效且结构紧凑的物联网（IoT）应用的出现，人们对光电子系统的关注日益提高。其中，量子点光探测器（Quantum dot Photodetector, QPD）凭借其高光敏感度，在远程探测、深层组织穿透以及特定分子吸收所需的选择性近红外（Near-Infrared, NIR）探测中发挥着核心作用。

在现有近红外光探测器中，硅光探测器虽然表现出优异的响应性和兼容性，但在1000nm以上波段的探测方面存在困难，在近红外选择性探测上也存在局限。作为替代方案的铟镓砷（Indium Gallium Arsenide, InGaAs）光探测器虽然在近红外波段探测中具有优异特性，但由于需要在磷化铟（Indium Phosphide, InP）衬底上进行外延生长，导致本征噪声电流较高，并且为与外部读出集成电路（Read-Out Integrated Circuit, ROIC）集成，还需采用倒装芯片键合等复杂工艺，成本高昂，从源头上存在局限。

为解决这一根本性问题，高丽大学研究团队通过插入厚高分子光学屏蔽层，成功开发出一种能够实现选择性近红外探测且具有极低噪声的器件。该器件的噪声谱密度约为 ~10⁻²⁷ A²/Hz，在980nm波长范围内实现了高比探测率（Specific Detectivity, D*）1.31 × 10¹¹ Jones。

通过将高分子光学屏蔽层插入量子点半导体内部，实现了自滤波技术，有效阻断了不需要的可见光波段（450–750nm），将可见光波段的响应度（Responsivity, R）降低了92%以上。此外，这一厚高分子层还抑制了内部缺陷和热生电流，并提供了较长的空穴传输路径，从而在潜在上大幅降低了噪声电流。

该器件克服了窄带隙材料高噪声电流的限制，达到了迄今为止已报道的量子点光探测器中最低的噪声水平。此次成果被评价为为红外量子点光电子器件领域的下一代远程监测、安全防护及选择性组织穿透技术打开了新的可能性。同时，凭借低成本和简化工艺流程，该技术还展现出潜在的经济性和广泛应用前景。