华中科技大学研发出国内首款PbS量子点短波红外成像芯片

华中科技大学武汉光电国家研究中心、光学与电子信息学院唐江教授团队与海思光电子有限公司合作，制备出一种适配硅基读出电路（ROIC）的顶入射结构的光电二极管，实现了30万像素、性能可媲美商用铟镓砷（InGaAs）的短波红外芯片，为国内首款硫化铅胶体量子点（PbSCQD）红外成像芯片。该研究成果发表在《自然·电子学》上。

唐江教授团队根据PbSCQD的特性，设计出了适配硅基ROIC的顶入射结构光电二极管，通过模拟分析和实验优化器件结构，使耗尽区靠近入射光，实现光生载流子的有效分离与收集，从而提高器件外量子效率。针对磁控溅射中高能粒子对PbSCQD界面的损伤，通过引入C60界面钝化层降低界面缺陷，通过驱动级电容和电容-电压测量分析证明了探测器缺陷浓度降低至2.3×1016cm−3，接近广泛研究的PbSCQD光电二极管的最佳值。文中报道的顶入射PbSCQD光电二极管的外量子效率达63%，探测率达2.1×1012Jones，−3dB带宽为140kHz，线性动态范围超过100dB。

基于最优的PbSCQD光电二极管，团队进一步实现了国内首款PbSCQD成像芯片的制备，其分辨率为640×512，空间分辨率为40lp/mm（MTF50），具有可与商用InGaAs成像芯片媲美的成像效果，并且其外量子效率高于国外报道的PbSCQD成像芯片。此外，文中展示了PbSCQD红外成像芯片在水果检测、溶剂识别、静脉成像等方面的应用，证明了其在广泛的应用潜力。

来源：武汉光电国家研究中心