短波红外光传感器在广泛的应用中是理想的，特别是在服务机器人、汽车和消费电子领域。调谐到SWIR的胶体量子点显示出这种传感器的前景，因为它们可以很容易地集成到CMOS中，但由于大多数含有铅或汞等有毒重金属，它们的大众市场使用受到阻碍。根据最近发布在《自然光子学》杂志上的一篇论文，现在一组科学家已经用无毒材料制造了量子点，并在制造的实验室规模的光电探测器中对其进行了测试。
“由于其独特的特性，用于传感和成像的SWIR光至关重要，”作者写道。“这是眼睛安全的;它可以穿透雾、雾和其他大气条件，在恶劣天气下为汽车应用、环境和遥感提供成像;在SWIR范围内，夜光的存在使被动夜视成为可能;视觉成像与红外光谱相结合，可实现机器视觉、生物成像以及食品和加工质量检测等应用。
如前所述，量子点是直径为几十个原子的小半导体珠。数十亿可以放在别针的头上，你可以做得越小越好。在这些小尺度上，量子效应开始发挥作用，使这些点具有优越的电学和光学特性。当它们被光照射时会发出明亮的光，而这种光的颜色是由量子点的大小决定的。较大的点发出较红的光;较小的点发出较蓝的光。因此，您只需改变量子点的大小，就可以根据其特定频率的光进行定制。
量子点曾经被认为不可能制造，但现在已成为计算机显示器、电视屏幕和 LED 灯等用途中的常见组件。例如，量子点使电视制造商能够精确调整发射的颜色，在更宽的范围内产生更准确的色调，同时使用更少的电力。它们可以作为有机染料的替代品，用于在基于荧光的生物传感器中标记反应剂，并已被纳入玻璃窗中，基本上将这些窗户变成光伏发电，可能收集少量太阳能以抵消家庭能源成本。
2013年，德国物理学家用一对相互作用的量子点建造了麦克斯韦恶魔的实验等价物。2015年，科学家们用回收的尿液制造了量子“小便点”，并用它们对小鼠细胞进行生物成像。未来的应用可能包括将量子点整合到柔性电子器件、微型传感器和太阳能电池中，或将它们用于加密的量子通信系统。
这篇最新论文的作者来自巴塞罗那科学技术学院和西班牙的Qurv Technologies。BIST团队正在研究为光伏设备合成碲化银铋纳米晶体的方法，并注意到碲化银是副产品之一。碲化银具有理想的胶体量子点特性，最显着的是可调性。因此，该团队改变了方向，开发了一种制造碲化银量子点的工艺。
所得到的量子点具有良好的尺寸分布，并且可以在很宽的光谱范围内进行调谐，包括SWIR。下一步是将这些量子点整合到实验室规模的光电探测器中。恢复通常的设备设置是一项挑战，因为大多数实验室规模的设备都是从底部发光的，而CMOS集成的CQD堆栈则涉及从顶部发光，而CMOS电子元件在底部。第一次尝试只取得了适度的成功，因为所得到的光电二极管在SWIR范围内的性能不如预期。
BIST研究人员重新设计了传感器，增加了一个缓冲层来解决这个问题，从而产生了更有效的SWIR传感器。然后，他们与Qurv科学家合作，构建了一种概念验证SWIR图像传感器，该传感器由可在室温下操作的无毒量子点制成。他们能够在短波红外光下捕捉到硅晶圆传输的图像，并窥视在可见光下不透明的塑料瓶内。下一步是重新设计层叠，以进一步提高光电二极管性能，并探索其他表面化学成分。
