High-operating-temperature mid-infrared photodetectors via quantum dot gradient homojunction

同质结 光探测 响应度 光电探测器 光电子学 量子点 红外线的 量子效率 材料科学 红外探测器 工作温度 光学 物理 兴奋剂 热力学
作者
Xiaomeng Xue,Menglu Chen,Yuning Luo,Tianling Qin,Xin Tang,Qun Hao
出处
期刊:Light-Science & Applications [Springer Nature]
卷期号:12 (1) 被引量:48
标识
DOI:10.1038/s41377-022-01014-0
摘要

Due to thermal carriers generated by a narrow mid-infrared energy gap, cooling is always necessary to achieve ideal photodetection. In quantum dot (QD), the electron thermal generation should be reduced with quantum confinement in all three dimensions. As a result, there would be a great potential to realize high-operating-temperature (HOT) QD mid-IR photodetectors, though not yet achieved. Taking the advantages of colloidal nanocrystals' solution processability and precise doping control by surface dipoles, this work demonstrates a HOT mid-infrared photodetector with a QD gradient homojunction. The detector achieves background-limited performance with D* = 2.7 × 1011 Jones on 4.2 μm at 80 K, above 1011 Jones until 200 K, above 1010 Jones until 280 K, and 7.6 × 109 Jones on 3.5 μm at 300 K. The external quantum efficiency also achieves more than 77% with responsivity 2.7 A/W at zero bias. The applications such as spectrometers, chemical sensors, and thermal cameras, are also approved, which motivate interest in low-cost, solution-processed and high-performance mid-infrared photodetection beyond epitaxial growth bulk photodetectors.
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