近日，湘潭大學湖南先進傳感與信息技術創新研究院曹覺先教授和黃凱教授團隊在納米材料領域國際著名期刊《美國化學學會—納米》（ACS Nano，IF=18.027）在線發表了題為“碳納米管晶體管結合膠體量子點光敏柵極的高外量子效率光電探測器”（Carbon Nanotube Transistor with Colloidal Quantum Dot Photosensitive Gate for Ultra-High External Quantum Efficiency Photodetector）。論文第一作者為研究院2020級博士研究生韓建富，曹覺先教授和黃凱教授為共同通訊作者，湘潭大學為論文的第一單位。

PbS膠體量子點是開發下一代高性能近紅外光電探測器的有力候選者。然而，由于配體隔離以及表面缺陷的存在，PbS量子點通常表現出低的載流子遷移率，這限制了量子點光電子器件性能的進一步提升。針對這一問題，曹覺先教授和黃凱教授團隊通過合理的設計，將PbS膠體量子點光電二極管和碳納米管薄膜場效應晶體管成功結合，實現了一種具有光敏感柵極的晶體管型近紅外探測器。光生電子與空穴在負柵壓與內建電場的雙重作用下能快速分離與轉移，聚積在柵極電介質層界面的光生電子能產出等效柵電容效應開啟碳基晶體管，從而實現光信號向電信號的轉換。該項研究提出在光電轉換器件中光學模塊和電學模塊相互分離的結構，可以同時發揮PbS量子點光學和碳納米管電學的優勢。

該文報道的光電探測器在950 nm近紅外光下的響應度和探測率分別為41.9 A/W和3.04×1011Jones。更重要的是，由于碳基場效應晶體管的放大功能，通過二次電子的增益效應，該器件的外量子效率（EQE）達到5470%。此外，器件還展現出靈活可調的光響應，通過柵電壓可在大的范圍內控制調節響應性能參數。本文中光電探測器的獨特結構和出色性能，為下一代光電探測器件的研究與開發提供了新的思考。論文得到了國家重點研發計劃項目以及湖南省教育廳重點項目的資助。

探測器陣列∣單光電探測器結構∣探測機理∣器件響應度與外量子效應

湖南先進傳感與信息技術創新研究院成立于2018年，由湘潭大學與北京大學合作共建，是集人才培養、科學研究、技術開發、成果轉移轉化于一體，治理結構完善、運行機制靈活、有別于現有機構的“實驗區”。研究院團隊由中國科學院彭練矛院士領銜，包括國家優青、青年拔尖人才、青年千人等在內的11名學術帶頭人、5名教授、2名副教授、12位優秀博士、14名實驗室工程技術人員、100余名博士及碩士研究生。圍繞碳基集成電路和新型傳感器為代表的新一代信息技術領域，團隊在唐氏綜合癥篩查、肝癌檢測、無創血糖監測等生物傳感和甲烷、氫氣、甲醛等氣體傳感器件及其相關技術方面取得重要成果，并已研制全球首條碳基傳感器芯片小試線，推進相關核心技術產業化。

文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02064