光电探测器在图像传感、环境监测、通信等领域引起广泛关注。近年来，量子点作为一种光电性能优异的半导体纳米材料，被广泛应用于光电探测器。PbSe量子点具有优异的吸光性能，被用于制备高性能的光电探测器。
由于具有较高的载流子迁移率和开关比，金属氧化物晶体管近年来在显示领域发展迅速。然而，金属氧化物较宽的带隙，其光电探测器主要在紫外波段响应，严重限制其在可见光、红外光探测方面的应用。研究发现，可以通过引入吸收波长较长的光敏材料扩宽复合光电探测器的探测范围。
PbSe量子点是一种窄带隙的Ⅳ-Ⅵ半导体纳米材料，具有优良的红外光敏性能。而ZnO因其较宽的带隙，检测波长主要在紫外波段。将两者复合有望实现更宽波段的光电探测。
据麦姆斯咨询报道，近期，湖北大学材料科学与工程学院的研究人员在《湖北大学学报（自然科学版）》期刊上发表了题为“PbSe量子点/ZnO可见-近红外光电晶体管的研究”的最新论文，通过溶液法合成PbSe量子点，与旋涂制得的ZnO薄膜复合，制备得到以PbSe量子点作为吸光层，ZnO作为电荷传输层的光电晶体管复合器件，该器件在可见-近红外波段具有良好的响应性。
本文制备PbSe量子点/ZnO可见-近红外光电晶体管，并研究其光电性能，该器件在可见-近红外波段具有良好的响应性，在520nm的可见光照下，光照强度为860.1μW/cm²时，响应率可达37.3A/W，探测率可达3.30×10¹¹Jones。在895nm的近红外光照下，光照强度为209.3μW/cm²时，响应率可达20.4A/W，探测率可达1.74×10¹¹Jones。为后续金属氧化物在光电晶体管中的应用研究提供重要思路。
PbSe量子点/ZnO光电晶体管的制备
ZnO薄膜的制备：将ZnO粉末溶解于氨水中，配制浓度为8mg/mL的溶液。搅拌后用0.45μm的滤头过滤得到前驱体溶液。对烘干的硅片进行等离子清洗，将前驱体溶液旋涂于二氧化硅的表面，转速设定为3000r/min，旋转时间为30s。最后，将硅片放在热台上进行300℃，30min退火。
源电极与漏电极的制备：将配置了ZnO薄膜的硅片贴在掩模板上，使用真空镀膜设备将金属铝蒸镀到ZnO薄膜上得到ZnO晶体管。
旋涂PbSe量子点：取转换配体后的量子点（溶液法合成）旋涂于ZnO薄膜的表面，匀胶机的转速设定为3000r/min,时间设定为30s。旋涂结束后，将器件在热台上150℃ 退火30min，得到PbSe量子点/ZnO可见-近红外光电晶体管。
性能测试
光电测试使用Keithley 2634B半导体测试仪，520nm和895nm波长的LED作为光源，信号发生器为光源提供电源。如图1为器件的结构及测试设置，从下往上依次是：硅、二氧化硅、ZnO电荷传输层、设置在ZnO薄膜表面的铝电极对和PbSe量子点光敏层。
图1 PbSe量子点/ZnO可见-近红外光电晶体管的器件结构及测试设置
图2（a）显示器件在520nm可见光照下，响应率、探测率与光照强度的关系，其中VDS=80V，VGS=80V。随光照强度的增加,响应率、探测率逐渐减小。在光照强度为860.1μW/cm²时，其响应率为37.3A/W，其探测率为3.30×10¹¹Jones。图2（b）显示器件在895nm光照下的响应率、探测率与光照强度的关系，其中VDS=80V，VGS=80V，可以观察到随光照强度的增加，响应率、探测率逐渐减小。在光照强度为209.3μW/cm²时，其响应率为20.4A/W，探测率为1.74×10¹¹Jones。
图2（a）光电晶体管在520nm下的响应率、探测率与光照强度的关系曲线；（b）光电晶体管在895nm下的响应率、探测率与光照强度的关系曲线
响应时间是用来表征光电晶体管对输入光信号响应快慢的重要参数。图3（a）和（b）分别是器件在520nm可见光和895nm近红外光照下的瞬时光响应，其中VDS=80V，VGS=80V。如图3（a）所示，在520nm光照下，光照强度为2353.9μW/cm²时，器件的上升时间为1.00s，下降时间为2.44s。如图3（b）所示，在895nm光照下，光照强度为876.4μW/cm²时，器件的上升时间为1.80s，下降时间为2.25s。器件较慢的响应时间可能于界面存在的缺陷态和传输层成膜质量有关。
图3（a）在520nm光照下光电晶体管的瞬时光响应曲线；（b）在895nm光照下光电晶体管的瞬时光响应曲线
结论
研究人员制备硒化铅量子点/氧化锌光电晶体管复合器件，PbSe量子点作为吸光层，拓宽ZnO晶体管的探测波长到近红外光。测试结果表明，器件获得优良的光电性能，在520nm可见光照射下，响应率可达37.3A/W，探测率可达3.30×10¹¹Jones。其上升时间为1.00s，下降时间为2.44s。在895nm近红外光照射下，响应率可达20.4A/W，探测率可达1.74×10¹¹Jones，其上升时间为1.80s，下降时间为2.25s。量子点与金属氧化物的复合，有望制备出高性能的光电晶体管。
本研究工作获得了湖北省重点研发计划（2020BIB020）的资助。
《新兴图像传感器技术、应用及市场-2021版》
