由于其可调谐的红外吸收特性、溶液可加工性和低制造成本，碲化汞（HgTe）胶体量子点（CQD）在光电器件领域具有广阔的应用前景。尽管在器件设计方面取得了进步，但它们在成像技术中的应用潜力尚未得到充分探索。为了与硅基读出集成电路（ROIC）集成，需要采用顶部照射（top-illuminated）方式，以便实现光吸收和信号获取的同步。然而，大多数高性能的传统HgTe CQD光电二极管是p-on-n结构且为底部照射（bottom-illuminated）。
据麦姆斯咨询报道，近期，华中科技大学光学与电子信息学院的蓝新正教授团队提出了一种新型的顶照式倒置n-on-p HgTe CQD光电二极管。基于HgTe CQD的光电探测器在室温下展现出高达3.4×10¹¹Jones的探测率，并且在1.7 μm波长处的外部量子效率达到了约44%，与现有的p-on-n HgTe CQD光电二极管性能相媲美。
这项研究成果以“Synergism in Binary Nanocrystals Enables Top-Illuminated HgTe Colloidal Quantum Dot Short-Wave Infrared Imager”为题发表在Nano Letters期刊。
研究人员采用稳健的p型CQD层和热蒸发Bi₂S₃电子传输层来制备顶部照射倒置n-on-p HgTe CQD光电二极管，如图1所示。通过探索HgTe和Ag₂Te二元CQD的协同作用，实现了p型CQD固体。
图1 n-on-p HgTe CQD光电二极管器件
这款光电探测器在室温下表现出3.4 × 10¹¹ Jones的探测率和约1.7 μm波长下约44%的外量子效率（EQE），与p-on-n HgTe CQD光电二极管相当，相关结果如图2所示。
图2 n-on-p HgTe CQD光电二极管的性能
最后，研究人员还制造了一款具有640 × 512像素分辨率的顶部照射HgTe CQD短波红外成像传感器，并通过案例成功展示了其出色的红外成像能力，如图3所示。
图3 顶部照射的HgTe CQD成像传感器
综上所述，这项研究介绍了一种新型的顶部照射n-on-p HgTe光电二极管，该二极管采用了反转器件架构。这种结构始于通过混合HgTe和Ag₂Te CQD实现的协同效应得到的坚固p型CQD固体。在HgTe CQD光活性层的组装之后，研究人员采用了一层热蒸发的Bi₂S₃薄膜，它既作为电子传输层，也作为保护层，防止CQD受到后续真空沉积过程的影响。最终，通过磁控溅射技术应用了透明的ITO电极，完成了器件结构。
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c02235
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