光電探測(cè)器在圖像傳感、環(huán)境監(jiān)測(cè)、通信等領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。近年來，量子點(diǎn)作為一種光電性能優(yōu)異的半導(dǎo)體納米材料，被廣泛應(yīng)用于光電探測(cè)器。PbSe量子點(diǎn)具有優(yōu)異的吸光性能，被用于制備高性能的光電探測(cè)器。

由于具有較高的載流子遷移率和開關(guān)比，金屬氧化物晶體管近年來在顯示領(lǐng)域發(fā)展迅速。然而，金屬氧化物較寬的帶隙，其光電探測(cè)器主要在紫外波段響應(yīng)，嚴(yán)重限制其在可見光、紅外光探測(cè)方面的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，可以通過引入吸收波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光敏材料擴(kuò)寬復(fù)合光電探測(cè)器的探測(cè)范圍。

PbSe量子點(diǎn)是一種窄帶隙的Ⅳ-Ⅵ半導(dǎo)體納米材料，具有優(yōu)良的紅外光敏性能。而ZnO因其較寬的帶隙，檢測(cè)波長(zhǎng)主要在紫外波段。將兩者復(fù)合有望實(shí)現(xiàn)更寬波段的光電探測(cè)。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的研究人員在《湖北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》期刊上發(fā)表了題為“PbSe量子點(diǎn)/ZnO可見-近紅外光電晶體管的研究”的最新論文，通過溶液法合成PbSe量子點(diǎn)，與旋涂制得的ZnO薄膜復(fù)合，制備得到以PbSe量子點(diǎn)作為吸光層，ZnO作為電荷傳輸層的光電晶體管復(fù)合器件，該器件在可見-近紅外波段具有良好的響應(yīng)性。

本文制備PbSe量子點(diǎn)/ZnO可見-近紅外光電晶體管，并研究其光電性能，該器件在可見-近紅外波段具有良好的響應(yīng)性，在520nm的可見光照下，光照強(qiáng)度為860.1μW/cm2時(shí)，響應(yīng)率可達(dá)37.3A/W，探測(cè)率可達(dá)3.30×1011Jones。在895nm的近紅外光照下，光照強(qiáng)度為209.3μW/cm2時(shí)，響應(yīng)率可達(dá)20.4A/W，探測(cè)率可達(dá)1.74×1011Jones。為后續(xù)金屬氧化物在光電晶體管中的應(yīng)用研究提供重要思路。

PbSe量子點(diǎn)/ZnO光電晶體管的制備

ZnO薄膜的制備：將ZnO粉末溶解于氨水中，配制濃度為8mg/mL的溶液。攪拌后用0.45μm的濾頭過濾得到前驅(qū)體溶液。對(duì)烘干的硅片進(jìn)行等離子清洗，將前驅(qū)體溶液旋涂于二氧化硅的表面，轉(zhuǎn)速設(shè)定為3000r/min，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為30s。最后，將硅片放在熱臺(tái)上進(jìn)行300℃，30min退火。

源電極與漏電極的制備：將配置了ZnO薄膜的硅片貼在掩模板上，使用真空鍍膜設(shè)備將金屬鋁蒸鍍到ZnO薄膜上得到ZnO晶體管。

旋涂PbSe量子點(diǎn)：取轉(zhuǎn)換配體后的量子點(diǎn)（溶液法合成）旋涂于ZnO薄膜的表面，勻膠機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為3000r/min,時(shí)間設(shè)定為30s。旋涂結(jié)束后，將器件在熱臺(tái)上150℃ 退火30min，得到PbSe量子點(diǎn)/ZnO可見-近紅外光電晶體管。

性能測(cè)試

光電測(cè)試使用Keithley 2634B半導(dǎo)體測(cè)試儀，520nm和895nm波長(zhǎng)的LED作為光源，信號(hào)發(fā)生器為光源提供電源。如圖1為器件的結(jié)構(gòu)及測(cè)試設(shè)置，從下往上依次是：硅、二氧化硅、ZnO電荷傳輸層、設(shè)置在ZnO薄膜表面的鋁電極對(duì)和PbSe量子點(diǎn)光敏層。

圖1 PbSe量子點(diǎn)/ZnO可見-近紅外光電晶體管的器件結(jié)構(gòu)及測(cè)試設(shè)置

圖2（a）顯示器件在520nm可見光照下，響應(yīng)率、探測(cè)率與光照強(qiáng)度的關(guān)系，其中VDS=80V，VGS=80V。隨光照強(qiáng)度的增加,響應(yīng)率、探測(cè)率逐漸減小。在光照強(qiáng)度為860.1μW/cm2時(shí)，其響應(yīng)率為37.3A/W，其探測(cè)率為3.30×1011Jones。圖2（b）顯示器件在895nm光照下的響應(yīng)率、探測(cè)率與光照強(qiáng)度的關(guān)系，其中VDS=80V，VGS=80V，可以觀察到隨光照強(qiáng)度的增加，響應(yīng)率、探測(cè)率逐漸減小。在光照強(qiáng)度為209.3μW/cm2時(shí)，其響應(yīng)率為20.4A/W，探測(cè)率為1.74×1011Jones。

圖2（a）光電晶體管在520nm下的響應(yīng)率、探測(cè)率與光照強(qiáng)度的關(guān)系曲線；（b）光電晶體管在895nm下的響應(yīng)率、探測(cè)率與光照強(qiáng)度的關(guān)系曲線

響應(yīng)時(shí)間是用來表征光電晶體管對(duì)輸入光信號(hào)響應(yīng)快慢的重要參數(shù)。圖3（a）和（b）分別是器件在520nm可見光和895nm近紅外光照下的瞬時(shí)光響應(yīng)，其中VDS=80V，VGS=80V。如圖3（a）所示，在520nm光照下，光照強(qiáng)度為2353.9μW/cm2時(shí)，器件的上升時(shí)間為1.00s，下降時(shí)間為2.44s。如圖3（b）所示，在895nm光照下，光照強(qiáng)度為876.4μW/cm2時(shí)，器件的上升時(shí)間為1.80s，下降時(shí)間為2.25s。器件較慢的響應(yīng)時(shí)間可能于界面存在的缺陷態(tài)和傳輸層成膜質(zhì)量有關(guān)。

圖3（a）在520nm光照下光電晶體管的瞬時(shí)光響應(yīng)曲線；（b）在895nm光照下光電晶體管的瞬時(shí)光響應(yīng)曲線

結(jié)論

研究人員制備硒化鉛量子點(diǎn)/氧化鋅光電晶體管復(fù)合器件，PbSe量子點(diǎn)作為吸光層，拓寬ZnO晶體管的探測(cè)波長(zhǎng)到近紅外光。測(cè)試結(jié)果表明，器件獲得優(yōu)良的光電性能，在520nm可見光照射下，響應(yīng)率可達(dá)37.3A/W，探測(cè)率可達(dá)3.30×1011Jones。其上升時(shí)間為1.00s，下降時(shí)間為2.44s。在895nm近紅外光照射下，響應(yīng)率可達(dá)20.4A/W，探測(cè)率可達(dá)1.74×1011Jones，其上升時(shí)間為1.80s，下降時(shí)間為2.25s。量子點(diǎn)與金屬氧化物的復(fù)合，有望制備出高性能的光電晶體管。

審核編輯：郭婷