紅外光無(wú)處不在，任何高于絕對(duì)零度的物質(zhì)都可以產(chǎn)生紅外光，因此紅外光是一種重要的信息來(lái)源。但是紅外光無(wú)法被人們通過(guò)肉眼直接感知，而需要借助紅外探測(cè)器。根據(jù)探測(cè)波長(zhǎng)的不同，紅外探測(cè)器可分為短波紅外、中波紅外與長(zhǎng)波紅外探測(cè)器。其中短波紅外探測(cè)器已被用于醫(yī)療、通訊、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域，在我們生活中具有廣泛的用途。商用的短波紅外探測(cè)器主要基于Ge、InGaAs、PbS、InSb等體材料，然而復(fù)雜的制造工藝使其造價(jià)高昂，臃腫的低溫裝置使其不便攜帶，同時(shí)其探測(cè)率和像素規(guī)模也有待提高。隨著對(duì)紅外線探測(cè)需求的增加，降低紅外探測(cè)器的成本、提高探測(cè)率和成像面積是亟待解決的問(wèn)題。膠體量子點(diǎn)是一種新型的納米半導(dǎo)體材料，它具有帶隙可調(diào)、可溶液制備及加工的特性，在短波紅外區(qū)域有很強(qiáng)的吸收，在解決短波紅外探測(cè)器的成本與便攜問(wèn)題方面具有極大潛力。

上?？萍即髮W(xué)寧志軍教授課題組從材料復(fù)合和器件集成的角度綜述了膠體量子點(diǎn)紅外光電探測(cè)器的研究進(jìn)展。該綜述首先梳理了紅外膠體量子點(diǎn)與其它材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)。膠體量子點(diǎn)薄膜本身具有缺陷多、載流子遷移率低的缺點(diǎn)。通過(guò)與金屬鹵化鈣鈦礦材料、石墨烯、碳納米管等高載流子遷移率材料集成，能夠有效提高膠體量子點(diǎn)薄膜的電荷傳輸性能。將金屬鹵化鈣鈦礦與量子點(diǎn)復(fù)合，還能有效鈍化量子點(diǎn)表面缺陷，提高紅外探測(cè)器件的內(nèi)量子效率。

其次，作者對(duì)膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)器的器件結(jié)構(gòu)方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了梳理。近年來(lái)，研究者們?cè)趥鹘y(tǒng)的光電二極管型、光電導(dǎo)型及場(chǎng)效應(yīng)管型光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，提高了膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)器的探測(cè)率與響應(yīng)速度。例如，在光電導(dǎo)型及場(chǎng)效應(yīng)管型器件中，研究人員在量子點(diǎn)薄膜之下增加石墨烯層、二維硫族化合物、鹵化鈣鈦礦等高遷移率材料，提高光生載流子的分離與輸運(yùn)；在光電二極管型器件的傳輸層摻入電荷俘獲材料，提高器件的增益。

最后，作者對(duì)膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)器的規(guī)模化制備及成像的研究進(jìn)展進(jìn)行了梳理。當(dāng)前單像素膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)器對(duì)紅外線的探測(cè)性能足以媲美商用的紅外探測(cè)器，然而要實(shí)現(xiàn)紅外成像，需要將紅外探測(cè)器陣列集成起來(lái)，并且配備響應(yīng)的讀出電路（ROICs）。將膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)器陣列與商用的CMOS、TFT讀出電路集成，獲得了較好的成像質(zhì)量。于此同時(shí)，作為紅外成像的另一途徑，近年來(lái)，膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)器與可見光LED集成的上轉(zhuǎn)換器件得到研究者關(guān)注。這一新型器件能夠直接將紅外光轉(zhuǎn)換成可見光，不需復(fù)雜的讀出電路就可以實(shí)現(xiàn)紅外成像。

膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)器距離實(shí)際商用已經(jīng)非常接近，然而這一領(lǐng)域仍然有許多問(wèn)題需要繼續(xù)研究。對(duì)于未來(lái)膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)器的研究，作者認(rèn)為有如下三個(gè)方向：1）當(dāng)前大部分膠體量子點(diǎn)探測(cè)器探測(cè)波長(zhǎng)限于短波紅外區(qū)域，將探測(cè)波長(zhǎng)拓展至中波紅外與長(zhǎng)波紅外并提升探測(cè)率是未來(lái)的重要課題；2）當(dāng)前膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)器量子點(diǎn)薄膜的制備普遍采用的是繁瑣的固態(tài)交換方法，難以工業(yè)化推廣，將液相交換制備薄膜的已被用于量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池，將這一方法引入探測(cè)器領(lǐng)域值得研究；3）膠體量子點(diǎn)紅外探測(cè)器性能的提升需要進(jìn)一步降低缺陷密度和提高探測(cè)率，量子點(diǎn)的高度有序組裝是可能的解決方案，尤其是對(duì)大面積器件的制備。  

綜述“Integrated Structure and Device Engineering for High Performance and Scalable Quantum Dot Infrared Photodetectors”發(fā)表在Small上（DOI：10.1002/smll.202003397）。上?？萍即髮W(xué)博士生徐凱敏為本文第一作者，寧志軍、周文佳為本文的通訊作者。論文得到了上海市自然科學(xué)基金與國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。