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红外光电探伤器（IRPDs）是杀青东谈主机无缝交互的进攻器件，因其在通讯、安防、医疗等边界的平日应用而成为究诘热门。联系词，传统IRPDs依赖硅、锗及III-V族化合物材料，这些材料需通过高温外延工艺精准调控要素，导致制造经由复杂且资本腾贵。此外，传统IRPDs在性能普及方面也受到材料自己带隙和热噪声等因素的截止。

胶体量子点（CQDs）因其可溶液加工性和方便的带隙调控性，为惩处上述问题提供了新想路。联系词，CQDs的电荷传输效能较低，载流子迁徙率比晶体半导体低10^4到10^6倍，同期CQD名义的吊挂键导致电荷复合和索要效能着落，进一步截止了其性能发挥。天然已有究诘通过引入卤化物或硫醇配体和优化CQD墨水配方等顺次部分改善了CQD性能，但其低带隙特质仍易受热噪声影响，截止了IRPD的探伤才调。

摈弃简介

有鉴于此，韩国科学技能院Byeongsu Kim，Jung-Yong Lee色吧中文网等东谈主在Nature Nanotechnology期刊上发表了题为“Ultrahigh-gain colloidal quantum dot infrared avalanche photodetectors”的最新论文。

科学家提倡了一种基于动能泵浦雪崩倍增的新式CQD基IRPD架构。通过在厚度卓著540 nm的CQD层中施加强电场，电子得到动能并杀青动能泵浦电荷倍增。究诘标明，优化CQD点间距离至约4.1 nm，不错灵验均衡撞击电离与电子高出，从而显赫普及器件性能。经优化的CQD基IRPD杀青了最大增益85倍和峰值探揣度1.4 × 1014 Jones，为高探伤性和单光子探伤边界提供了新的技能旅途。

究诘亮点

1. 本究诘初次提倡了一种基于动能泵浦雪崩倍增的胶体量子点（CQD）红外光电探伤器架构。通过在厚度卓著540 nm的CQD层中施加强电场，使电子得到卓著CQD材料带隙的动能，从而激发动能启动的电荷倍增。这一翻新性盘算推算杀青了光诱骗电荷倍增的高效应用，摧残了传统CQD红外探伤器在热噪声下性能受限的瓶颈。

2. 究诘标明，点间距离（dDtoD）的优化对电荷倍增和电子高出之间的均衡至关进攻。通过将点间距离改动至约4.1 nm，不仅裁减了电荷倍增的阈能，还灵验防止了CQD蚁集引起的器件退化，从而显赫普及了器件的正经性和探伤性能。

3. 优化后的CQD红外光电探伤器在940 nm波长下杀青了最大电荷倍增增益85倍、峰值探揣度1.4 × 1014 Jones以及带宽1.1 × 106 Hz。这些参数均显赫优于现存可溶液加工的红外探伤器，展现了其在单光子探伤及超高探伤性应用中的后劲。

图文解读

图1:基于胶体量子点CQD，红外光电探伤器infrared photodetectors，IRPDs增殖机制评估。

图2:具有硫醇配体的胶体量子点CQD固体表征。

图3: 应用巯基thiol处理，胶体量子点CQDs的DFT计较。

图4:在940nm红外光源下，基于胶体量子点CQD的红外光电探伤器IRPD器件性能。

论断瞻望

本文究诘标明，通过电动势启动的电荷倍增机制，不错显赫提高CQD层的探伤才调，尤其是在袭取相宜的配体处理后，大要灵验防止电子隧穿噪声和普及电荷倍增效应。

CQD层的厚度对电荷倍增有着至关进攻的影响，究诘强调了保握相宜的CQD层厚度（卓著540nm）关于优化探伤器性能的进攻性。究诘还揭示了配体长度对CQD性能的影响，尽管较长的配体不错增强电荷倍增，但也可能影响电子高出的概率，进一步揭示了CQD层的结构与性能之间复杂的关系。

此外，究诘通过诱骗DFT计较和Poole-Frenkel模子，深切分析了电荷倍增的机理，这为进一步集会和盘算推算高性能CQD基器件提供了表面基础。总之，本究诘为高效红外探伤器的盘算推算提供了新的想路，相配是在配体优化、电荷倍增和噪声防止方面。

文件信息

Kim， B.， Lee， S.Y.， Ko， H. et al. Ultrahigh-gain colloidal quantum dot infrared avalanche photodetectors. Nat. Nanotechnol. (2024).