喜报 | 课题组在《科学通报》发表胶体量子点短波红外探测与成像综述
近日，我组唐浩东老师联合合作者在《科学通报》“光电探测材料与器件专题”发表评述文章 《高性能胶体量子点短波红外探测及成像技术》。文章系统总结了胶体量子点短波红外探测从材料设计、器件架构到成像芯片集成的关键进展，为低成本、高分辨、易集成红外成像技术提供了清晰的领域图谱。
这篇综述的核心贡献，是把胶体量子点短波红外探测技术从“材料可调”到“系统可用”的完整链条讲清楚。
本期封面
Figure 1 展示了胶体量子点短波红外探测的材料基础：PbS 量子点的吸收峰可随尺寸变化而调控，不同红外量子点材料覆盖不同波段，而配体置换和成膜工艺则决定胶体材料能否转化为高质量半导体薄膜。
硬核解析：三条主线看懂这篇综述
🔬 01. 材料体系：从带隙可调到波段覆盖
短波红外（SWIR）通常覆盖 1.2-3 μm 波段，在夜视增强、生物成像、工业检测、环境感知和激光通信等场景中具有重要价值。传统 InGaAs、InSb 等材料性能优异，但成本高、工艺复杂；胶体量子点（CQDs）则具有带隙可调、溶液加工、低温工艺兼容等优势。
文章梳理了 PbS、PbSe、HgTe、银基量子点等材料体系，比较其波段覆盖、稳定性、毒性、工艺成熟度与应用适配性。材料选择不是简单罗列名字，而是要回答一个更实际的问题：什么材料能在目标波段、目标工艺和目标应用之间取得平衡。
⚙️ 02. 器件结构：从能吸光到能成像
材料能够吸收短波红外光，并不意味着探测器自然具备高灵敏度、低噪声和快速响应。文章系统对比了光电导、光电二极管、光电三极管以及集成化器件结构，指出器件架构会直接影响暗电流、响应速度、工作电压、串扰和读出电路兼容性。
Figure 2 给出主流器件路线。光电导器件结构简单、可获得较高增益，但暗电流和速度常受限制；光电二极管依靠内建电场分离载流子，更适合低噪声、低功耗阵列；光电三极管可以提供放大能力，但也要平衡速度、串扰和制备复杂度。
🎯 03. 系统集成：从单个器件到红外相机
短波红外技术真正走向应用，需要的不只是单个器件性能，还包括阵列一致性、读出电路、低温兼容工艺、封装和系统稳定性。文章特别讨论了 CMOS 和 TFT 读出平台，为胶体量子点短波红外成像芯片的低成本、大面积和高分辨集成提供了路线图。
Figure 8 展示了 CQD 短波红外相机、CMOS 集成技术和 TFT 低成本集成方案。CMOS 读出平台成熟，适合高分辨图像传感器；TFT 读出电路则在低成本和大面积阵列方面具有潜力。
逐图读懂文章重点
Figure 3：指标体系决定图像质量
论文中的暗电流密度、噪声、响应度、外量子效率、比探测率、响应速度、线性动态范围，看起来像一组参数表。但对成像系统来说，它们分别对应很具体的画面问题。
Figure 3 展示了这些指标如何被表征：J-V 曲线和暗电流拟合用于理解漏电与界面问题；噪声谱密度决定弱信号下限；响应度、EQE 和探测率决定光电转换与灵敏度；响应速度和带宽决定能不能做高帧率成像；LDR 决定强弱光共存时能不能保留细节。
这部分把“材料-器件-图像”连接起来：暗电流越低，弱光背景越干净；响应速度越快，运动目标越不容易拖影；线性动态范围越大，亮部和暗部越能同时保留细节。
Figure 4：降暗电流，是弱光成像的前提
红外探测器常常工作在弱光条件下。暗电流越高，背景越脏，读出链路压力越大，图像对比度也越差。
Figure 4 总结了几类暗电流抑制策略，包括减少界面水吸附、多层配体置换和界面优化、传输层处理、混合尺寸量子点改善输运，以及通过低温处理减少传输层裂纹。
这些方法虽然形式不同，但目标一致：减少缺陷辅助复合和漏电通道，让弱光信号不被背景噪声淹没。
Figure 5：提高光电转换效率，让弱光信号更强
暗电流降下来之后，还要让入射光更有效地变成电信号。响应度和 EQE 的提升，直接关系到低照度下的信噪比。
Figure 5 展示了表面重构、平面阳离子钝化、高偏压光子倍增、双模探测和光学谐振腔等路线。它们有的改善量子点表面和晶面耦合，有的引入增益机制，有的增强光吸收。
这一部分的核心是：不是只追求一个更大的 EQE 数字，而是要理解信号增强来自哪里。如果增益来自高偏压或陷阱辅助机制，就还要同步关注噪声、线性范围和稳定性。
Figure 6：线性动态范围，决定复杂场景能不能看全
实际成像场景很少只有一种光强。夜间交通、逆光场景、组织成像和工业检测中，强光与弱光往往同时存在。
Figure 6 聚焦 LDR。柔性宽带 PbS 量子点光电二极管阵列通过降低暗电流、提升载流子提取效率来改善动态范围；叠氮离子修饰 ZnO 电子传输层则通过减少深能级陷阱和氧空位来提升线性响应能力。
LDR 的提升意味着亮部不容易饱和、暗部不容易丢失。对后端识别算法来说，这些细节往往比单个峰值指标更重要。
Figure 7：响应速度，决定能不能拍高速画面
响应速度对应的不只是器件曲线，而是成像系统的帧率上限和快速目标捕捉能力。
Figure 7 给出三条高速化路径：超薄全耗尽器件配合低电容电极设计，可以显著缩短响应时间；乙酸钠辅助固相配体交换可以缩短量子点间距、优化载流子提取；表面重构 InAs/ZnSe 核壳纳米棒量子点则通过钝化表面陷阱态来提升速度。
所以，快响应不是单靠“加电压”解决，而是由器件电容、薄膜厚度、载流子路径和界面陷阱共同决定。
团队风采
这篇综述汇聚了南方科技大学与深圳技术大学相关团队在胶体量子点材料、红外光电器件和成像系统方向的长期积累，系统呈现了 CQD-SWIR 技术从基础材料到芯片集成的发展脉络。
祝贺作者团队！
论文信息
- 题目：高性能胶体量子点短波红外探测及成像技术
- 英文题目：High-performance shortwave infrared detection and imaging based on colloidal quantum dots
- 期刊：《科学通报》
- 专题：光电探测材料与器件
- 网络发表：2025 年 9 月 30 日
- 作者：唐浩东、程硕、陈威、吴丹、王恺
- 通讯作者：唐浩东、陈威、王恺
- 作者单位：南方科技大学电子与电气工程系；深圳技术大学集成电路与光电芯片学院；深圳技术大学工程物理学院；深圳技术大学新材料与新能源学院
- DOI / 阅读原文：https://doi.org/10.1360/CSB-2025-5138
注：本文图片来自论文 PDF 中的 Figure 1-8，用于官网论文解读；详细图注和参考文献请见原文。
