Advanced Science:胶体量子点与光学结构的整合

在低温、可液相加工的新型半导体材料中,胶体量子点具有优异的发光和吸光特性。其光致发光产率高,光稳定性好,带隙从紫外到远红外可调,且比表面积大,可实现多样的表面修饰和功能化。此外,胶体量子点的合成和加工方式灵活多样。使其可以与光学结构完美结合,通过合理的光学结构设计,可以大大增强光子和量子点之间的相互作用,从而提高量子点光学器件和光电器件的性能,因此,将胶体量子点与光学结构结合是开发高性能、低成本的光电器件的一个有效途径。

基于此,香港中文大学赵铌教授团队与厦门大学李澄研究员、陈孟瑜助理教授团队于Advanced Science上发表了胶体量子点与光子结构结合及其应用于光学器件和光电器件的综述。

此综述主要介绍了通过胶体量子点与四种典型的光学结构(衍射光栅、谐振腔、等离子体结构和光子晶体)的结合,从而调控胶体量子点光电器件的发光和吸光特性。首先,介绍了四种光学结构的光学特性,从理论上解释了光学结构与胶体量子点的相互作用从而增强量子点光电器件性能。根据不同的应用需要,列举了胶体量子点与光学结构集成的方法,总结了胶体量子点与光学结构成功结合的应用实例。通过胶体量子点和光学结构的结合,不但能提高吸光类型器件(如太阳能电池、光电探测器)和发光类型器件(如LED,色转换和激光器)等光电器件的性能,还能实现功能化的偏振或波长可调的光电探测以及出光方向、偏振、波长和自发辐射速率可控的新型发光器件。本文列举了胶体量子点与光学器件结合在高光谱探测、图形化发光和双波长激光器等应用的最新进展,并简要概述了胶体量子点与光学结构的结合构成有源无源光学器件应用于片上光集成电路等新兴研究方向的进展。最后,文章总结了可低温液相处理的新型光电材料与光学结构结合的优势和未来发展的挑战。

图1 胶体量子点与四种光学结构的结合及其在多种光电和光学器件、以及片上集成光学芯片上的应用。

通讯作者简介

赵铌,香港中文大学电子工程系教授。2008年获剑桥大学博士学位,2008-2010年在麻省理工学院从事博士后研究,2010年加入香港中文大学电子工程系。研究方向为基于有机和纳米结构材料的光电器件和生物电子器件,以及上述器件中的光电子学过程的表征和讨论。

陈孟瑜,香港中文大学电子工程系博士,自2020年起任厦门大学电子科学与技术学院微电子和集成电路系助理教授,副研究员。主要从事基于胶体量子点和钙钛矿材料的新型光电器件的制备及表征,以及表面等离子体微纳结构在光电器件中的应用等相关研究。

论文信息:

Integration of Colloidal Quantum Dots with Photonic Structures for Optoelectronic and Optical Devices

Mengyu Chen, Lihua Lu, Hui Yu, Cheng Li, Ni Zhao

Advanced Science

DOI:10.1002/advs.202101560

原文链接:https://doi.org/10.1002/advs.202101560