ナノ秒応答時間を実現する超薄型吸収層を備えた短波長赤外線コロイド量子ドットフォトディテクター

要約 超高速短波長赤外線（SWIR）フォトデテクションは、新興の自動化ビジョンおよび空間マッピング技術に対して大きな関心を集めています。コロイド量子ドット（QD）は、コスト効率の良い溶液ベースの処理に適性があり、サイズ調整可能なバンドギャップを組み合わせることにより、エピタキシャル（In,Ga）Asや（Hg,Cd）Te半導体と比較してSWIRフォトデテクションで際立っています。しかしながら、超高速のナノ秒レベルの応答時間を達成することは、QDベースのSWIRフォトダイオード（QDPD）にとって未解決の課題です。ここでは、SWIR波長で動作するPbSベースのQDPDにおいて、記録的な4nsの応答時間が報告されており、これはコロイドQDに基づくSWIR光検出および距離測定の要求を満たす結果です。これらの超高速QDPDは、キャリア輸送時間を短縮するための薄い活性層と、遅い容量性放電を抑制するための小さな面積を組み合わせています。濃度勾配のリガンド交換法を実施することで、これらの超薄型QDPDに高品質のp-n接合が製造されています。さらに、これらの超薄型QDPDは、QDPD内にファブリ–ペローキャビティを形成することで光吸収が2.5倍向上し、光生成キャリアの効率的な抽出（98%）により、1330 nmで外部量子効率42%を達成します。これらの結果に基づき、キャリア移動度のさらなる向上がPbS QDPDにおけるサブナノ秒応答時間をもたらす可能性があると推定されます。