超快高效能量子点光探测器登场

2013-08-02 admin1 106

荷兰研究人员利用量子点(quantum dot)开发了一种超快速且高效率的光探测器。这种装置扬弃了目前光检测器所采用的传统薄膜结构,可以广泛地应用在生物成像及太阳能电池等诸多领域。

量子点是纳米级的半导体微粒,具有光吸收能力强、发光波长可调及容易合成控制等特性,在光电应用上有很大的前景。此外,它们还有能分散在溶液中制作成薄膜的优势。一般以量子点制作的光探测器是利用量子点吸收光子产生成对的电子与空穴,电子与空穴分别传至两端的电极,形成讯号。然而,以量子点制作薄膜的问题在于其颗粒结构常含有大量的能量障壁与缺陷,因此降低载子的传输速度,导致探测器的反应速度变慢。此外,缺陷亦可能束缚载子而使其无法传导,大幅降低器件的效率。

为解决此问题,台夫特(Delft)大学的Herre van der Zant等人选择避开薄膜结构,取而代之让量子点与两电极相连,使组件能快速直接收集电子与空穴。这项工作的最大挑战在于制造两个分隔仅数纳米的平面电极,以便让量子点桥接阴极与阳极。他们利用了自我对准(self-alignment)技术来制作此结构:首先在一电极上形成数纳米厚的氧化层,再覆盖上第二电极并以蚀刻剂除去氧化层,于是两电极间便形成纳米级的间隙,最后把此组件浸润于量子点溶液中,并以化学处理确保量子点与电极维持良好接触。此方法制作出的光探测器不但体积小且信号良好,相比于传统薄膜检测器,能以更高的密度整合在装置内,可望用于制造超高分辨率的电荷耦合组件(CCD),此外,其超快反应时间亦可缩短讯号提取时间,这对于生物成像极为重要。

 

超快高效能量子点光探测器登场

 

除了光检测之外,量子点组件也可应用于太阳能电池。当高能光子(能量高于量子点能隙)照射于这类光电材料上时,会激发出电子与空穴。若电子的能量大于两倍能隙,多出的能量可激发出更多激子(exciton, 即为电子空穴对),意味着一个光子的吸收能产生多个电子空穴对。此过程可增加太阳能电池的能量转换效率。要在此类纳米组件中制造出建电场仍待技术上的突破,不过该团队表示他们已经有可能的解决方案。

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