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基于CQD量子点的红外光斑分析仪

作者: 时间:2020-12-24

针对近红外光谱范围的检测一般是采用InGaAs传感器来实现检测需求,在800nm以上的波段(900nm-1700nm),InGaAs传感器的响应灵敏度明显优于Si传感器,相比其他类型的探测器,InGaAs材料不需要低温冷却,而且小型化。目前海纳光学所代理的以色列DUMA,美国Dataray等光斑分析诊断设备,以及市场上大部分针对机械视觉的代理如ArtrayNITIRcam等厂家均有使用。

胶体量子点传感器,CQD红外光斑分析仪

由海纳光学代理的美国Dataray所生产的WinCamD-QD-1550量子点红外光斑分析仪搭载了该类型传感器,利用CQD的转换特性,通过胶体量子点膜层接收红外光,使硅基CMOS接收可探测分析的可见光波段,实现设备对于红外光束的分析诊断。并且可以实现对于光谱范围在400-1700 nm的测量,尤其是对于1550nm的灵敏度以及高分辨率的检测。

量子点红外光斑分析仪所采用的CQD(CMOS Quantum Dot)传感器,是一种加入PbS(硫化铅)量子点薄膜层,与传统硅基CMOS制造技术相兼容,CQD相机就相当于在CMOS前端添加了一层薄膜,CQD是一种尺寸仅为几纳米的半导体颗粒。它们可在溶液中合成,这意味着CQD薄膜可轻易沉积在一系列柔性或刚性衬底上。这种易于制造的特性使其成为极具成本竞争力的高性能光电探测器材料。

至关重要的是,在对薄膜施加一定的电场或光压,它就会发出特定频率的光,当量子点吸收光子时,它会生成一个电子空穴对,这些电子空穴对会重组以发射新的光子。这种发射的光子的颜色取决于量子点的大小,更大的点发射的波长更长,接近红色(620至750 nm)。较小的点发出较短的波长,更靠近光谱的紫色末端(380至450 nm)。这种“可调性”是量子点所独有的。在其他发光材料中,发射的光子的波长是该材料的固定属性,不受其尺寸的影响。

胶体量子点传感器,CQD红外光斑分析仪

相比于砷化铟镓(InGaAs)传感器,CQD传感器具备更宽的光谱响应,更高的分辨率以及更小的像素尺寸,这使得CQD可以实现对于微米量级的光斑分析诊断。同时,相比于InGaAs传感器而言,可以更好的压缩成本。

CQD量子点,CQD传感器,CQD红外光斑分析仪

将量子点涂覆到沉积了金触点的透明衬底上,可用于中红外探测(图片来源:ICFO


1nm的量子点,吸收蓝色光之后,激发出波长为500nm的光;2nm的量子点,吸收蓝色光之后,激发出波长为560nm的光;3nm的量子点,吸收蓝色光之后,激发出波长为630nm的光,因此只要控制好量子点的尺寸,理论上发出的光就可以覆盖整个可见光区域。

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CQD传感器技术采用单片集成方法,其中,基于量子点的传感器使用成熟的低成本半导体沉积技术直接制造到CMOS读出集成电路(ROIC)上。采用固溶处理的胶体量子点,以形成对SWIR和可见光波段均敏感的光电二极管阵列。

值得注意的是,相同像素的红外相机相比,CQD红外光斑分析仪价格便宜接近一半,且基本不受出口限制






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