有機(jī)和無機(jī)
納米材料的結(jié)合，以及全溶液制程的采用，實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧短波紅外成像儀。
nl9Cdi]o 5[2.5/ Tobias Rauch, Sandro F. Tedde, O. Hayden
%Fg8l{H3 -0o6*?[Z 人們對于短
波長紅外成像儀的興趣日益增長，與短波長紅外成像儀在這一特定
光譜區(qū)域上的應(yīng)用日趨增多密不可分。商業(yè)上感興趣的波長范圍是在約1.1µm的硅帶隙極限到2µm之間的波段，因?yàn)樗畬τ谶@一光譜區(qū)域的吸收較小。用于短波長紅外成像的光電
二極管通常是由鍺或化合物
半導(dǎo)體（如InGaAs）制成，而工藝復(fù)雜的量子井紅外光電探測器則用于多波長探測。然而，由于制作探測器陣列要使用非硅半導(dǎo)體材料，因此高分辨率短波長紅外成像依舊成本高昂。如果能降低制造成本或解決低帶隙半導(dǎo)體材料的供應(yīng)等一些關(guān)鍵限制因素，那么短波長紅外成像就具有廣泛應(yīng)用的巨大潛力。
8H#c4%by) ObyuhAR 有機(jī)電子器件很有潛力成為固態(tài)器件的一種頗受關(guān)注且成本低廉的替代物。在可見光譜區(qū)成像中，由溶液半導(dǎo)體制成的有機(jī)電子器件已經(jīng)表現(xiàn)出了頗具前景的成像效果。最近的研究表明，工藝簡單的噴濺涂覆是批量制造具有高二極管整流和高量子效率的有機(jī)光電二極管的有效方法。[1]然而，對于波長大于1µm的短波長紅外成像應(yīng)用，低帶隙有機(jī)吸收體的吸收能力不足以制造短波長紅外二極管。將納米晶半導(dǎo)體微粒作為短波長紅外吸收體植入有機(jī)半導(dǎo)體陣列中，以此形成的混合物二極管兼具了有機(jī)電子器件和膠質(zhì)納米晶體的成本優(yōu)勢。將這些混合物有機(jī)光電二極管集成在非晶硅成像器底板上，形成一個(gè)用于短波長紅外成像的平板成像器，其可用于產(chǎn)生視頻（見圖1）。[2]
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7;}3{z nuO3UD3 圖1：以1310nm波長輻照一只黑脈金斑蝶獲得的投影圖像（上圖，原物見小插圖）顯示了翅膀和觸角等一些細(xì)微特征。所采用的成像儀的分辨率為256×256像素，像素間距為154µm。二極管的截止頻率如波特圖（下圖）所示。
膠質(zhì)量子點(diǎn)
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Q4m Eh@T W%9* 與固態(tài)器件相比，有機(jī)半導(dǎo)體聚合物或小分子具有很大的優(yōu)勢，包括可以制作大面積感光區(qū)、多種幾何自由度、低溫處理以及可調(diào)節(jié)的光譜靈敏度。易加工的優(yōu)勢源自于這些半導(dǎo)體材料的全溶液制作過程——它們很容易溶解于一般有機(jī)溶劑中，因此可以采用
標(biāo)準(zhǔn)印刷技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速而經(jīng)濟(jì)的器件加工。最近出現(xiàn)了聚合物短波長紅外探測器的報(bào)道，但是其還沒有實(shí)現(xiàn)良好的二極管特性，在高反向偏壓下對于超過硅帶隙（約1100nm）波長的探測效率也不高。[3]
+>:}req B+e_Y\B u 基于全溶液制作過程的膠質(zhì)量子點(diǎn)適合取代短波長紅外吸收體進(jìn)行光電探測。膠質(zhì)量子點(diǎn)的尺寸一般為幾個(gè)納米，被一層配位體殼層包圍，通常是通過單鍋合成得到的。量子點(diǎn)的直徑可以在單一納米尺度上進(jìn)行控制，它決定了光譜吸收等
光學(xué)性質(zhì)，由于量子限制效應(yīng)，因此也決定了光譜靈敏度。
*Iwk47J ;a ow+Dd[i 最近報(bào)道的膠質(zhì)量子點(diǎn)器件的壽命只有短短幾個(gè)星期，這是因?yàn)槿藗円诟哽`敏度、短配位體以及低靈敏度、長但是絕緣的配位體這二者之間進(jìn)行權(quán)衡。[4],[5],[6]此外，量子點(diǎn)
薄膜作為光電二極管還存在由于聚集效應(yīng)導(dǎo)致各層不均勻的問題。因此，通常報(bào)道的只有厚度約為200nm的量子點(diǎn)薄膜，這是一個(gè)臨界值，因?yàn)闉榱嗽诙滩ㄩL紅外區(qū)域?qū)崿F(xiàn)較高的內(nèi)量子效率，要求厚度在微米量級。
yEUNkZ5^ uz#PBV8Q 尋找合適的混合物
.)@tXH=}+ &:;;u\ 我們決定從摻雜膠質(zhì)硫化鉛量子點(diǎn)的混合物二極管開始入手。硫化鉛量子點(diǎn)是合成物可以升級、并且可以獲取克量級的少數(shù)量子點(diǎn)之一。對于工業(yè)應(yīng)用來說，新型納米材料有這樣一個(gè)穩(wěn)固的來源是至關(guān)重要的。已經(jīng)報(bào)道的由量子點(diǎn)和有機(jī)半導(dǎo)體形成的合成物顯示了對于紅外光的靈敏性。然而，當(dāng)量子點(diǎn)與僅通過空穴或電子導(dǎo)電的有機(jī)半導(dǎo)體混合時(shí)，它們的效率很低。這一結(jié)果其實(shí)不足為奇，因?yàn)榭梢灶A(yù)見，具有鈍化配位體殼層的量子點(diǎn)在合成物中的電荷運(yùn)輸能力會顯得不足。
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