红外光电探测器可以获取目标反射和自发的红外辐射，具有抗干扰性强、全天候观测、探测距离远、分辨率高等优点，在国防、通信、遥感、航天等领域中扮演着不可替代的角色。目前量子点红外探测器主要以旋涂方式制备无序结构的量子点膜，这种无序结构对于载流子分离与传输不利。而量子点光电器件的性能强烈地依赖于量子点间耦合的强度，可以通过增强量子点之间的载流子离域来改善光电性能和电荷传输。最近的研究表明，量子点之间高能态和空间无序的存在会削弱电子耦合，从而严重抑制量子点薄膜中的电荷输运。
鉴于此，华南师范大学半导体科学与技术学院刘霄副研究员和南方科技大学电子与电气工程系Byung-Ryool Hyun教授合作利用PbS量子点纳米晶体在硅衬底上的自组装，获得了具有微米尺度高度有序且密堆积的PbS量子点超晶格，并研究了长程有序对形成介晶PbS量子点超晶格探测器光电特性的影响，结果表明，退火处理诱导其形成了具有优选生长取向的介晶超晶格，这是通过取向性连接实现的。与旋涂法得到的无序量子点结构和溶剂挥发法得到的紧密堆积超晶格相比，介晶超晶格的取向对电子离域和耦合的改善明显，并表现出优异的光电探测性能。这种性能的提高归因于量子点之间的有序原子排列，从而增强了电子的离域耦合。此项研究预示着介晶超晶格在下一代量子点光电器件方面具有广阔的应用前景。该研究成果以“Adjusting Microscale to Atomic-Scale Structural Order in PbS Nanocrystal Superlattice for Enhanced Photodetector Performance”为题，于4月17日在线发表于国际权威期刊《Small》，影响因子：15.153。
该工作制备了三种不同类型的光电探测器，包括随机堆积结构、紧密堆积超晶格和介晶超晶格，并对它们的晶体结构和器件性能进行了比较。结果表明，退火处理诱导了具有优选生长方向的介晶超晶格，与无序量子点结构和紧密堆积的超晶格相比，介晶超晶格的取向改进和电子耦合表现出优异的光电探测器性能。实验结果表明，介晶超晶格中存在微尺度到原子尺度的有序化结构，对下一代量子点光电器件的制备具有很好的启发。
我校硕士研究生王创垒和陈振浚为论文共同第一作者，刘霄副研究员为通讯作者，华南师范大学为第一单位。该工作得到了国家自然科学基金和广东省自然科学基金的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202300975
作者/通讯员:罗忍章 刘霄 | 来源:半导体科学与技术学院 | 编辑:卢嘉裕
