摘要：胶体量子点（CQDs）有望用于具有高探测率和低成本生产的红外光电探测器。尽管CQDs能够实现光致电荷倍增，但低带隙材料中的热噪声限制了它们在红外探测器中的性能。

胶体量子点（CQDs）有望用于具有高探测率和低成本生产的红外光电探测器。尽管CQDs能够实现光致电荷倍增，但低带隙材料中的热噪声限制了它们在红外探测器中的性能。

2024年12月18日，韩国科学技术院（KAIST）Jung-Yong Lee教授在国际顶级期刊Nature Nanotechnology发表题为《Ultrahigh-gain colloidal quantum dot infrared avalanche photodetectors》的研究论文，Byeongsu Kim、Sang Yeon Lee、Hyunseok Ko为论文第一作者，Jung-Yong Lee教授为论文通讯作者。

Jung-Yong Lee，韩国科学技术院（KAIST）教授。2000年、2002年获韩国首尔国立大学学士和硕士学位，2010年获斯坦福大学博士学位，随后留校从事博士后研究。2010年加入韩国科学技术院，2022年晋升为教授。

Jung-Yong Lee教授的研究兴趣为高效光伏电池、发光二极管、光电探测器、可拉伸电子器件、生物传感器、有机器件、量子点、钙钛矿材料。

在这里，作者提出了一种基于CQD的红外光电探测器的开创性架构，该探测器使用动力泵浦雪崩倍增。

研究人员通过对厚CQD层(>540nm) 施加强电场，电子获得超出CQD材料带隙的动能，从而启动动力泵浦电荷倍增。

作者通过平衡碰撞电离和电子跳跃，将点到点的距离优化至约4.1 nm来提高性能。优化的CQD基红外光电探测器在940 nm处实现了85的最大倍增增益和1.4×1014 Jones的峰值检测率。这种架构为单光子探测和超高探测率应用提供了潜力。

图1：CQD基红外光电探测器中的倍增机制评估

图2：硫醇处理的CQD固体的性能

图3：硫醇处理CQD的密度泛函理论（DFT）计算

图4：940纳米红外源下CQD基红外光电探测器的器件性能

综上，作者介绍了一种新型的基于胶体量子点（CQDs）的红外光电探测器，该探测器利用动力泵浦雪崩倍增效应实现了超高增益和探测度。

结果表明，通过优化量子点间的距离和CQD层厚度，该探测器在940 nm波长下达到了最大倍增增益85和峰值探测度1.4×1014 Jones，显示出在单光子探测和超高探测度应用方面的潜力。

本研究不仅提高了CQD红外探测器的性能，还为低成本、高灵敏度的红外探测器在人机交互、智能健康监测等领域的应用提供了新的可能性。

Kim, B., Lee, S.Y., Ko, H. et al. Ultrahigh-gain colloidal quantum dot infrared avalanche photodetectors. Nat. Nanotechnol. (2024).

来源：朱老师讲VASP