高性能NiOx /PbS-EDT异质结空穴传输层基硫化铅量子点光电探测器的研制与性能优化

针对传统Ⅲ-Ⅴ半导体近红外探测器成本高、集成难的问题，研究人员通过构建NiOx /PbS-EDT异质结空穴传输层（HTL），显著降低PbS量子点光电二极管的暗电流（1.6×10-3 mA·cm-2 ），实现高探测率（6.70×1011 Jones）和响应度（0.487 A·W-1 ），为低成本高性能红外探测提供新策略。

　　

在自动驾驶、光谱分析和计算机视觉等领域，近红外（NIR）光电探测器是实现光探测与测距（LiDAR）等技术的核心部件。然而，传统基于Ⅲ-Ⅴ族半导体（如InGaAs）的探测器因高昂的制造成本和复杂的集成工艺难以普及。硫化铅胶体量子点（PbS CQDs）凭借其可溶液加工、带隙可调（0.6-1.6 eV）和多重激子效应等优势，被视为下一代红外探测材料的理想候选。但现有PbS量子点探测器仍面临暗电流过高、探测灵敏度不足的瓶颈。

针对这一问题，来自西安交通大学的研究团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表论文，创新性地采用NiO_x
/PbS-EDT异质结作为空穴传输层（HTL），构建了ITO/HTL/PbS-I/ZnO/Al结构的倒置器件。通过能带工程和界面优化，该设计同时解决了单层NiO_x
（漏电流大）和单层PbS-EDT（空穴传输效率低）的缺陷，实现了暗电流降低3个数量级、探测率突破6.70×10¹¹
Jones的优异性能。

关键技术方法包括：溶液相配体交换（SPLE）制备PbS-I光敏层、溶胶-凝胶法生长NiO_x
薄膜、透射电镜（TEM）表征量子点尺寸分布（平均4.07 nm），以及电流-电压（I-V）测试评估器件光电性能。

结果与讨论

1. 材料表征：合成的油酸（OA）包覆PbS量子点在980 nm处呈现第一激子峰，TEM显示其单分散性良好（直径3.93-4.21 nm）。
2. 器件性能：NiO_x
   /PbS-EDT异质结HTL使器件在-1 V偏压下暗电流降至1.6×10^-3
   mA·cm^-2
   ，较单层HTL器件降低93-2000倍，归因于异质结的能带匹配优化和电子阻挡效应。
3. 探测指标：在1064 nm工作波长下，器件实现0.487 A·W^-1
   的响应度和8.29×10¹¹
   Jones（0 V偏压）的探测率，满足高灵敏度应用需求。

结论与意义
该研究通过异质结HTL设计，首次将倒置结构优势引入PbS量子点探测器领域，解决了传统n-i-p结构暗电流过高的核心问题。NiO_x
/PbS-EDT的协同作用不仅为界面能带调控提供新思路，其全溶液加工工艺更契合低成本、大面积制造需求，对推动量子点红外成像芯片与硅基读出电路（ROIC）的单片集成具有重要实践价值。论文通讯作者Xingtian Yin团队进一步指出，该技术可拓展至其他量子点体系，为柔性光电子器件开发奠定基础。