面向近红外成像的硫化铅量子点光电二极管研究

批准号:
61904065
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
高亮
依托单位:
学科分类:
F0403.半导体光电子器件与集成
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
硫化铅量子点(PbS QD)光电探测器由于其低温溶液加工性及优异近红外性能,有望与CMOS集成实现低成本、高质量近红外成像。本项目基于申请人及所在课题组在PbS QD光电探测器方面的前期工作,开展面向近红外成像的PbS QD光电二极管研究。PbS QD光电二极管与 CMOS集成有两大瓶颈:i)高缺陷浓度导致大尺寸(吸收峰>1300 nm)PbS QD器件的暗电流过高;ii)仅有的单PN结PbS QD器件无法通过CMOS时序电路调控实现全局快门,不利于动态成像。申请人拟根据PbS QD表面Pb/S比随尺寸变化规律设计针对大尺寸PbS QD特异性液相配体交换,通过混合阴阳离子配体钝化缺陷,降低器件暗电流;构筑双PN结的NPN结构PbS QD器件,利用其双极性特性,实现“快门-探测一体化”。本项目为开发PbS QD/CMOS近红外成像芯片打下坚实基础。
英文摘要
Lead sulfide quantum dot (PbS QD) photodetectors are expected to integrate with CMOS to achieve low-cost, high-quality near-infrared imaging due to their low temperature solution processability and excellent near-infrared performance. Based on the preliminary work on PbS QD photodetectors of the applicant and the research group, this project conduct the study on PbS QD photodiodes for near-infrared imaging. When integrated with CMOS, PbS QD photodiodes have two major bottlenecks: i) high defect concentration results in large-size (absorption peak >1300 nm) PbS QD devices with too high dark current; ii) alternative single PN-junction PbS QD devices could not realize global shutter through the control of CMOS sequential circuit, which is detrimental for dynamic imaging. Applicant intends to design specific liquid-phase ligand exchange for large-size PbS QD according to the surface Pb/S ratio, and adopt mixed anion-cation ligands to passivate defects and reduce dark current; construct double PN-junction NPN structure PbS QD device and utilize its bipolar nature to achieve "shutter-detection integration". This project lays a solid foundation for the development of PbS QD/CMOS near-infrared imaging chips.
硫化铅量子点(PbS QD)作为新一代红外光电材料,由于其制备工艺与CMOS兼容以及红外探测性能优异的特点,展现了替代硅基像元阵列、实现近红外波段全覆盖成像的潜力。然而PbS QD/CMOS集成技术目前瓶颈为大尺寸(吸收峰>1300 nm)PbS QD光电二极管暗电流过高以及无法满足全局快门。本项目核心目标为设计出适合不同尺寸PbS QD的液相钝化方案以降低器件暗电流、制备出NPN结构PbS QD光电二极管以满足全局快门的要求。本项目从以下几个方面开展工作并取得如下成果:(1)量子点表面电子和缺陷性质的理论计算,总结了PbS量子点陷阱态来源和成因,为液相钝化策略提供了理论基础;(2)量子点液相钝化策略的研究,探索了多种配体的钝化作用,如混合卤素配体、4-氨基甲基吡啶(4-AMPY)、1-乙基-3-甲基咪唑碘化物(EMII)、CsPbIxBr3-x钙钛矿、三苯基氧膦(TPPO)、聚酰亚胺(PI),团队也深入研究了这些配体的作用机制,实验结果证明这些配体可以改善QD表面钝化并降低暗电流。另外在钝化策略研究的基础上,团队制备了PbS QD/CMOS读出电路一体化集成的红外成像阵列,阵列大小为640×512像素,在调制传递函数为50%的情况下具有40线对/毫米的空间分辨率,并可用于静脉成像和物质识别;(3)NPN结构PbS QD光电二极管的制备,发展了基于n-Si/p-Si/n-QD的红外光电器件结构,通过模拟仿真获取了每一层最优的掺杂浓度、厚度等参数,所制备的器件在1300 nm下的外量子效率达到7%,实现硅基二极管的红外拓展。.本项目研究期间发表多篇高水平论文,包括1篇Nature Electronics,1篇Nature Photonics,1篇ACS Photonics,1篇Solar Energy Materials and Solar Cells,1篇Advanced Functional Materials,1篇Physical Review Applied,1篇Nano Research;授权中国发明专利2项,公开中国发明专利18项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
A near-infrared colloidal quantum dot imager with monolithically integrated readout circuitry
具有单片集成读出电路的近红外胶体量子点成像仪
DOI:10.1038/s41928-022-00779-x
发表时间:2022-06-16
期刊:NATURE ELECTRONICS
影响因子:34.3
作者:Liu, Jing;Liu, Peilin;Tang, Jiang
通讯作者:Tang, Jiang
Passivating {100} Facets of PbS Colloidal Quantum Dots via Perovskite Bridges for Sensitive and Stable Infrared Photodiodes
通过钙钛矿桥钝化 PbS 胶体量子点的 {100} 面,以获得灵敏且稳定的红外光电二极管
DOI:10.1002/adfm.202210158
发表时间:2022-10
期刊:Advanced Functional Materials
影响因子:19
作者:Duo Chen;Yuxuan Liu;Bing Xia;Long Chen;Yang Yang;Gaoyuan Yang;Jing Liu;Shuaicheng Lu;Ciyu Ge;Peilin Liu;Junrui Yang;Guijie Liang;Xinzheng Lan;Xiangbin Zeng;Luying Li;Jianbing Zhang;Zewen Xiao;Liang Gao;Jiang Tang
通讯作者:Jiang Tang
Spectrally Stable Ultra-Pure Blue Perovskite Light-Emitting Diodes Boosted by Square-Wave Alternating Voltage
由方波交流电压升压的光谱稳定的超纯蓝色钙钛矿发光二极管
DOI:10.1002/adom.201901094
发表时间:2020
期刊:ADVANCED OPTICAL MATERIALS
影响因子:9
作者:Tan Zhifang;Luo Jiajun;Yang Longbo;Li Xiao;Deng Zhiyang;Gao Liang;Chen Hongting;Li Jinghui;Du Peipei;Niu Guangda;Tang Jiang
通讯作者:Tang Jiang
Efficient quantum dot infrared solar cells with enhanced low-energy photon conversion via optical engineering
通过光学工程增强低能光子转换的高效量子点红外太阳能电池
DOI:10.1007/s12274-022-4906-1
发表时间:2022-10-07
期刊:NANO RESEARCH
影响因子:9.9
作者:Liu, Sisi;Li, Ming-Yu;Tang, Jiang
通讯作者:Tang, Jiang
Excess PbBr2 Passivation of Large PbS Colloidal Quantum Dots to Reduce Dark-Current Density for Near-Infrared Detection
过量 PbBr2 钝化大型 PbS 胶体量子点以降低近红外检测的暗电流密度
DOI:10.1103/physrevapplied.19.014021
发表时间:2023
期刊:Physical Review Applied
影响因子:4.6
作者:Junrui Yang;Shuaicheng Lu;Bing Xia;Peilin Liu;Yang Yang;Zewen Xiao;Jianbing Zhang;Liang Gao;Jiang Tang
通讯作者:Jiang Tang
基于液相外延的带内跃迁胶体量子点红外探测器研究
- 批准号:62374068
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55万元
- 批准年份:2023
- 负责人:高亮
- 依托单位:
一种新的多点随机搜索算法——类电磁机制算法的扩展与应用
- 批准号:60973086
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:30.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:高亮
- 依托单位:
群体智能理论与粒子群优化算法在作业车间调度中的应用研究
- 批准号:50305008
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:21.0万元
- 批准年份:2003
- 负责人:高亮
- 依托单位:
国内基金
海外基金
