近日，湘潭大學(xué)湖南傳感與信息技術(shù)創(chuàng)新研究院曹覺先教授和黃凱教授團(tuán)隊(duì)在納米材料領(lǐng)域國際期刊《美國化學(xué)學(xué)會—納米》（ACS Nano，IF=18.027）在線發(fā)表了題為“碳納米管晶體管結(jié)合膠體量子點(diǎn)光敏柵極的高外量子效率光電探測器"（Carbon Nanotube Transistor with Colloidal Quantum Dot Photosensitive Gate for Ultra-High External Quantum Efficiency Photodetector）

PbS膠體量子點(diǎn)是開發(fā)下一代高性能近紅外光電探測器的有力候選者。然而，由于配體隔離以及表面缺陷的存在，PbS量子點(diǎn)通常表現(xiàn)出低的載流子遷移率，這限制了量子點(diǎn)光電子器件性能的進(jìn)一步提升。針對這一問題，曹覺先教授和黃凱教授團(tuán)隊(duì)通過合理的設(shè)計(jì)，將PbS膠體量子點(diǎn)光電二極管和碳納米管薄膜場效應(yīng)晶體管成功結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一種具有光敏感柵極的晶體管型近紅外探測器。

光生電子與空穴在負(fù)柵壓與內(nèi)建電場的雙重作用下能快速分離與轉(zhuǎn)移，聚積在柵極電介質(zhì)層界面的光生電子能產(chǎn)出等效柵電容效應(yīng)開啟碳基晶體管，從而實(shí)現(xiàn)光信號向電信號的轉(zhuǎn)換。該項(xiàng)研究提出在光電轉(zhuǎn)換器件中光學(xué)模塊和電學(xué)模塊相互分離的結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)發(fā)揮PbS量子點(diǎn)光學(xué)和碳納米管電學(xué)的優(yōu)勢。

該文報(bào)道的光電探測器在950 nm近紅外光下的響應(yīng)度和探測率分別為41.9 A/W和3.04×1011Jones。更重要的是，由于碳基場效應(yīng)晶體管的放大功能，通過二次電子的增益效應(yīng)，該器件的外量子效率（EQE）達(dá)到5470%。此外，器件還展現(xiàn)出靈活可調(diào)的光響應(yīng)，通過柵電壓可在大的范圍內(nèi)控制調(diào)節(jié)響應(yīng)性能參數(shù)。本文中光電探測器的結(jié)構(gòu)和出色性能，為下一代光電探測器件的研究與開發(fā)提供了新的思考。