Het afzetten van kwantumstippen op golfkanalen verbetert de mogelijkheden voor fotodetector

Bijna-infrarood fotodetectoren worden gebruikt in biomedische detectie en verdedigings- en beveiligingstechnologieën. Voor verbeterde prestaties en geïntegreerde, compacte beeldvormingssystemen moeten de fotodetectoren meerdere golflengten van licht tegelijk op een enkele chip kunnen detecteren.

Kwantumstippen-tiny kristallen gemaakt van halfgeleidend materiaal-kunnen een pad vooruit presenteren, omdat stippen van verschillende grootte kunnen worden ontworpen om verschillende golflengten van licht te absorberen. Het afzetten van films van kwantumstippen is echter moeilijk op de getextureerde, gegolfde oppervlakken die in het infraroodregime worden gebruikt.

In een studie gepubliceerd in Nanoschaalonderzoekers van Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) presenteerden een nieuwe methode voor het afzetten van kwantumstotfilms op golfplekken. De techniek elimineert de noodzaak van post-verwerking en bevordert de schaalbaarheid en prestaties van op quantum dot gebaseerde fotodetectoren.

In het infrarood kunnen arrays van piramides of andere microstructuren de optische prestaties van fotodetectoren verbeteren door de kans te vergroten dat fotonen worden geabsorbeerd.

“Gestructureerde substraten zorgen voor een efficiënter gebruik van inkomend infraroodlicht, waardoor de responsiviteit van de detector wordt verbeterd zonder overmatig dikke kwantumdotfilms te vereisen,” zei LLNL-wetenschapper en auteur Tom Nakotte. “Het is echter een uitdaging om dergelijke niet-planaire geometrieën conform dergelijke niet-planaire geometrieën te coaten met uniforme, crack-vrije kwantumdotfilms met traditionele depositiemethoden.”

Om dit probleem aan te pakken, gebruikte het team elektroforetische depositie, die geladen deeltjes aandrijft via een oplossing met een elektrisch veld. Wanneer ze ondergedompeld zijn in deze vloeibare omgeving, migreren kwantumstippen naar een elektrode met de tegenovergestelde lading. Wanneer ze die elektrode bereiken, monteren ze zich in een film.

“Door het elektrische veld in of uit te schakelen, kan men het depositieproces starten of stoppen,” zei LLNL -wetenschapper en auteur Christine Orme. “Bovendien, aangezien alleen oppervlakken onder een aangebrachte bias -ontvangstafzetting, maakt elektroforetische depositie natuurlijk selectieve coating mogelijk, waardoor kwantumstippen alleen kunnen worden afgezet op vooraf gedefinieerde gebieden van een patroonchip.”

Traditioneel worden kwantumstippen gesynthetiseerd met lange organische liganden, moleculen die aan de stippen binden en ze in oplossing stabiliseren. Maar nadat de kwantumstippen als een film zijn afgezet, fungeren die lange liganden als isolatoren, belemmeren het laadtransport en beperken de prestaties van het apparaat. Het verwijderen van lange liganden met nabewerking verhoogt de productietijd en de kans op defecten, omdat het grote scheuren in de film kan creëren.

Met zorgvuldige oplosmiddel (vloeistof) engineering hebben de onderzoekers kwantumstippenfilms gefabriceerd met behulp van korte liganden, die geleidender zijn en de behoefte aan nabewerking teniet doen.

“Door in-oplossing liganduitwisseling te combineren met elektroforetische depositie, toonde dit artikel aan dat dichte, conforme en elektronisch functionele kwantumdotfilms in een enkele stap kunnen worden afgezet,” zei LLNL Scientist en auteur Xiaojie Xu.

Om de techniek aan te tonen, creëerde de groep twee eenvoudige fotoconductoren die de verwachte reactie op licht toonden.

Hoewel deze studie de mogelijkheid heeft aangetoond om kwantum-dot-films op patroon-substraten te maken, zal de volgende stap verschillende afmetingen van de stippen op verschillende regio’s omvatten. Hiermee kunnen sensoren op maat worden gemaakt die meerdere golflengten van licht kunnen detecteren.