超快高效能量子點光偵測器登場
- 上線日期：2013/2/8 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
荷蘭研究人員利用量子點(quantum dot)開發了一種超快速且高效率的光偵測器。這種裝置揚棄了目前光檢測器所採用的傳統薄膜結構，可以廣泛地應用在生物造影及太陽電池等諸多領域。
量子點是奈米級的半導體微粒，具有光吸收能力強、發光波長可調及容易合成控制等特性，在光電應用上有很大的前景。此外，它們還有能分散在溶液中製作成薄膜的優勢。一般以量子點製作的光偵測器是利用量子點吸收光子產生成對的電子與電洞，電子與電洞分別傳至兩端的電極，形成訊號。然而，以量子點製作薄膜的問題在於其顆粒結構常含有大量的能量障壁與缺陷，因此降低載子的傳輸速度，導致偵測器的反應速度變慢。此外，缺陷亦可能束縛載子而使其無法傳導，大幅降低元件的效率。
為解決此問題，台夫特(Delft)大學的Herre van der Zant等人選擇避開薄膜結構，取而代之讓量子點與兩電極相連，使元件能快速直接收集電子與電洞。這項工作的最大挑戰在於製造兩個分隔僅數奈米的平面電極，以便讓量子點橋接源極與汲極。他們利用了自我對準(self-alignment)技術來製作此結構：首先在一電極上形成數奈米厚的氧化層，再覆蓋上第二電極並以蝕刻劑除去氧化層，於是兩電極間便形成奈米級的間隙，最後把此元件浸潤於量子點溶液中，並以化學處理確保量子點與電極維持良好接觸。此方法製作出的光偵測器不但體積小且信號良好，相較於傳統薄膜檢測器，能以更高的密度整合在裝置內，可望用於製造超高解析度的電荷耦合元件(CCD)，此外，其超快反應時間亦可縮短訊號擷取時間，這對於生物造影極為重要。
除了光檢測之外，量子點元件亦可應用於太陽電池。當高能光子(能量高於量子點能隙)照射於這類光電材料上時，會激發出電子與電洞。若電子的能量大於兩倍能隙，多出的能量可激發出更多激子(exciton, 即為電子電洞對)，意味著一個光子的吸收能產生多個電子電洞對。此過程可增加太陽電池的能量轉換效率。要在此類奈米元件中製造出建電場仍待技術上的突破，不過該團隊表示他們已經有可能的解決方案。詳見Nano Lett|DOI: 10.1021/nl303008y。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/51594
譯者:Jiun-Yi Lien(群創光電)
責任編輯:劉家銘
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