基于PbS量子点/Bi2 S3 纳米棒的高温耐受宽光谱柔性光电探测器研究

为解决柔性光电探测器(FPDs)在高温环境和宽光谱检测中的性能瓶颈，研究人员通过物理气相沉积(PVD)和滴涂法构建了PbS量子点(QDs)/Bi2 S3 异质结器件。该器件在365-1550 nm波段展现优异光响应，638 nm光照下响应度(R)达3.59 mA/W，探测率(D*)为4.34×1010 Jones，弯曲55%时仍保持94%光电流，180°C高温下稳定工作。该研究为高性能柔性电子设备提供了新思路。

　　

在光电探测技术领域，传统刚性基底材料如硅和蓝宝石难以满足可穿戴设备对柔韧性的需求，而现有柔性光电探测器(FPDs)又面临光谱响应范围窄、高温稳定性差等挑战。尤其当涉及红外(IR)波段检测时，Bi₂
S₃
等材料因带隙限制难以突破1000 nm检测瓶颈。更棘手的是，复杂器件结构和高成本制备工艺严重制约着实际应用。

针对这些难题，重庆理工大学的研究团队创新性地将零维(0D)PbS量子点(QDs)与一维(1D)Bi₂
S₃
纳米棒结合，通过物理气相沉积(PVD)和溶液滴涂法在聚酰亚胺基底上构建了混合维度异质结。这种设计巧妙利用了Bi₂
S₃
在紫外-可见光区的强吸收特性，以及PbS QDs在红外波段可调谐的带隙优势。研究成果发表在《Materials Science in Semiconductor Processing》，为高温环境下工作的宽谱柔性探测器提供了全新解决方案。

关键技术包括：物理气相沉积制备Bi₂
S₃
纳米棒薄膜，湿化学法合成PbS QDs溶液，通过滴涂工艺构建0D/1D异质结结构，采用光电导测试系统评估器件性能。

材料制备与表征
XRD分析证实Bi₂
S₃
纳米棒具有标准正交晶系结构(JCPDS #75-1306)，PbS QDs呈现立方相特征峰(JCPDS #78-1058)。SEM显示Bi₂
S₃
形成直径50-80 nm的规则纳米棒阵列，为QDs提供了理想负载基底。

光电性能测试
器件在365-1550 nm宽光谱范围内均表现出显著光响应。在638 nm光照(0.6 mW/cm²
)下，响应度(R)达3.59 mA/W，探测率(D*)为4.34×10¹⁰
Jones，响应/恢复时间仅350/450 ms。特别值得注意的是，相比纯Bi₂
S₃
器件，异质结器件的开关比提升220倍至380倍。

柔性及高温稳定性
弯曲测试显示，在55%应变下器件仍保持94%初始光电流。180°C高温环境中持续工作时光电性能无明显衰减，证明其出色的热稳定性。TEM分析表明界面处形成紧密接触，有效促进了载流子分离。

这项研究通过创新性的0D/1D异质结设计，成功突破了单一材料的光谱响应限制。PbS QDs/Bi₂
S₃
柔性探测器兼具宽谱检测(紫外-近红外)、快速响应(亚秒级)和优异机械柔韧性三大优势，其180°C工作温度更是显著超越同类器件。Shenjiali Wang等人开发的低成本溶液工艺，为可穿戴光电传感器在极端环境下的应用开辟了新途径。该技术未来可拓展至生物医学检测、工业过程监控等领域，推动柔性电子技术的实用化进程。