高灵敏度快响应InP和InN 胶体量子点近红外光探测器

半导体胶体纳米晶近红外光探测器可以应用于光纤通讯、热成像和生物成像等重要领域。目前，此类器件中主要使用了PbS、PbSe和HgTe 等有毒物质，严重限制了其使用范围。 本项目中，我们提出研制室温工作的高灵敏度快响应InP或InN 胶体量子点近红外光探测器。在金属电极间直接浇注InP 或InN 胶体纳米晶制备成光导型探测器，或者采用基于纳米晶-金属肖特基势垒的光伏型探测器。将探索制备高品质的InP 和InN 胶体纳米晶的湿化学合成技术，并通过改变胶体纳米晶及其覆盖层的成分和结构等手段，调节纳米晶及其表面陷阱态的能级结构，以改善探测器的增益、灵敏度和响应时间等特性。采用渡越时间测量等技术研究光探测器中载流子的输运等特性，分析器件的结构与性能之间的关系，研究胶体量子点探测器的机理。InP 和InN 胶体纳米晶近红外光探测器具有成本低、高性能、环保和能制备大面积器件等优点，具有广阔的应用前景。

采用溶液化学法制备了InP 和InN 胶体量子点材料。采用旋涂工艺制备了InP 薄膜，并成功制备了Au/InP/ITO 量子点肖特基二极管和Al/InP量子点-MEH-PPV复合/ITO 型可见-近红外光探测器，观测到了InP 量子点的光电响应信号。采用同样的方法试图制备了InN 胶体量子点光探测器，但没有观测到光电响应信号。我们自行设计并构建了变温和变电压渡越时间（TOF）测量系统。 利用该系统，对Al/MEH-PPV（InP）量子点/ITO 光二极管TOF 进行了分析。结果表明，聚合物和复合材料的迁移率都满足高斯无序模型。与纯MEH-PPV 情形相比，复合材料的位置无序度没有明显变化，但是其能量无序度明显展宽。观测到了Au/InP量子点/ITO 肖特基光探测器对650纳米激光的光电积累效应，10V偏压下光电流随着激光持续照射的时间呈e指数的增长趋势。. 虽然制备胶体量子点器件的制备工艺比较简单，但是对制备环境的要求非常苛刻，我们经过多次反复实验才制备成功只有一定光电响应的InP 量子点探测器，而且这些器件的性能差，与预期的目标相差很远。InP（InN）胶体量子点光电探测器性能差的原因可能有两个：1）由于InP(InN) 为直接带隙材料，量子点中光生电子和空穴之间复合几率大，很难传输到电极上形成光电流。2)量子点制备条件苛刻，在制备过程中在量子点表面会形成大量的缺陷，这些缺陷也会影响探测器的性能。我们优化了量子点的制备工艺，并成功观测到了InP 胶体量子点在室温下的光致发光信号，所以第一个原因可能是最主要的，也是导致我们项目无法推进的关键因素。. 在项目的实施过程中，我们积累了一些材料生长经验和器件制备经验，设计了胶体量子点原位生长检测系统，载流子迁移率测量用的渡越时间观测系统。这些经验和成果为进一步研究纳米材料的生长机理、纳米器件的性能表征以及新型光电检测设备的研制打下了坚实基础。