作為器件中最常用的基本元件，矽光電探測器(PDs)因其寬帶光譜響應、超高響應度和低成本制造工藝而廣泛應用於光電器件中。然而，受高反射系數和紫外輻射淺穿透深度的限制，Si PDs對紫外(UV)光(200？在300 nm範圍內，外量子效率接近0%)。盡管許多研究人員已經探索了各種改進策略，但是要獲得與可見光到近紅外波段的響應相當的高性能仍然是壹個
作為器件中最常用的基本元件，矽光電探測器(PDs)因其寬帶光譜響應、超高響應度和低成本制造工藝而廣泛應用於光電器件中。然而，受高反射系數和紫外輻射淺穿透深度的限制，Si PDs對紫外(UV)光(200？在300 nm範圍內，外量子效率接近0%)。盡管許多研究人員已經探索了各種改進策略，但是要獲得與可見光到近紅外波段的響應相當的高性能仍然是壹個巨大的挑戰。
近日，吉林大學電子科學與工程學院集成光電子學國家重點實驗室宋宏偉教授(通訊員)研究組報道，采用高溫熱註入法合成了三種元素(Cr3+，Yb3+，Ce3+)摻雜的CsPbCl3鈣鈦礦量子點(PeQDs)，並塗覆在Si表面，實現了在紫外波段和可見近紅外波段的高性能響應。相關論文名為“外量子效率超過70%的超高效量子切割Cr3+，Ce3+，Yb3+三重摻雜鈣鈦礦量子點用於高增強矽光探測器的紫外響應”發表在Nano Energy上。
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/science/article/pii/s 2211285520308557
結果表明，當Cr3+摻雜濃度為8.2%時，CsPbCl3的量子產率從8%提高到82%，並且表現出良好的穩定性。靜置250天後，摻雜後的PL強度基本保持不變。然而，未摻雜的PeQDs的PL強度在五天後下降了52%。這壹特性主要來源於:(1)摻雜後缺陷態密度大大降低；(2)通過DFT計算，摻雜前的主要缺陷Cl空位在摻雜後消失。
圖1。晶體結構；(b)摻雜前後的TEM圖像；(c)晶面間距的變化和(d)摻雜前後d)XRD衍射峰的變化；(e)摻雜後的XPS圖像。
圖二。(a)吸收圖像，(b)PL圖像和(c)量子產率隨不同Cr3+摻雜量的變化；(d)未摻雜和Cr3+-8.2%摻雜之間的長期PL強度比較；(e)具有不同Cr3+摻雜量的缺陷密度和熒光壽命的比較；(f)摻雜前後缺陷水平的計算結果。
圖3(a)中的吸收光譜表明，在加入稀土離子Ce3+後，紫外波段，特別是深紫外波段的吸收大大增強。這主要是由於Ce3+離子的5d高能態。量子產率的提高是由於Ce3+的發射能級在PeQDs和Yb3+離子之間提供了帶隙匹配通道，這大大提高了Yb3+離子的量子剪裁量子產率，達到175%。在Si表面制備了三離子摻雜的CsPbCl3: Cr3+，Yb3+和Ce3+量子點，並在200？在400 nm範圍內超過70%的外量子效率相當於在可見光和近紅外波段。(量子削波是指熒光材料每吸收壹個高能光子，就會釋放兩個低能光子的物理現象，其理論量子產率為200%。)
圖3。單元素、雙元素和三元素摻雜的光學表征和能帶解釋。
圖4。(a)全光譜照明下SiPDs和量子修整PeQDs集成器件的示意圖。(b)在240納米、360納米和980納米的光照下，塗覆有Si PDs、CsPbCl3: Cr3+、Yb3+peqd和塗覆有CsPbCl3: Cr3+、Yb3+peqd的SiPDS的光電流。(c，d)三個器件的響應性和外部量子效率。(e)在360納米光照下，光電二極管的時間分辨光電流。(f)塗覆CSP BCL3: Cr3+，Yb3+和Ce3+量子點的矽量子點的光電流隨時間變化。
總的來說，本研究提出了壹種新的策略來提高量子點的量子產率，改善矽量子點在紫外波段響應差的問題。為高量子產率合成其他量子點或納米晶材料提供了思路。同時，稀土離子Ce3+摻雜在紫外波段的吸收增強策略也有望提升其他紫外光電探測器的性能。(正文:無計劃)