Nucleophilic Covalent Ligands Enable Simultaneous Surface Reconstruction and Passivation of Colloidal InSb Quantum Dots for Stable Short‐Wave Infrared Photodetectors

钝化 光电探测器 红外线的 量子点 共价键 胶体 材料科学 亲核细胞 光电子学 纳米技术 光学 化学 物理 物理化学 催化作用 有机化学 图层(电子)
作者
Yangning Zhang,Muhammad Imran,Pan Xia,Yiqing Chen,Ahmet Gülsaran,Yanjiang Liu,Ehsan Nikbin,Benjamin Rehl,Lizhou Fan,Filip Dinic,Da Bin Kim,Lewei Zeng,Mustafa Yavuz,Sjoerd Hoogland,Edward Hartley Sargent
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (28): e202505179-e202505179 被引量:13
标识
DOI:10.1002/anie.202505179
摘要

Indium antimonide (InSb) colloidal quantum dots (CQDs) are promising candidates for short-wave infrared (SWIR) photodetectors due to their large Bohr exciton radius and tunable bandgap in the 0.6-1.3 eV range. However, the formation of metal oxides on InSb surfaces during synthesis impedes charge transport, necessitating CQD resurfacing strategies for integration into photodetectors. Previous reports achieved progress in device efficiency by resurfacing these CQDs with acid-halide sequential treatments, but the device operating stability remains unsatisfactory. Herein, we report a solution-phase strategy for surface reconstruction and passivation of InSb CQDs using sulfur-based nucleophilic covalent ligands. We find that short-chain thiol molecules remove surface metal oxides through nucleophilic attack and enable robust passivation of In and Sb via strong covalent bonds, whereas metal sulfides are less effective at oxide removal and passivation. Consequently, the thiolate-passivated CQDs exhibit a tenfold decrease in trap state density compared to controls and remain structurally and optically stable for 5 months. We demonstrate InSb CQD SWIR photodetectors that realize a high external quantum efficiency (EQE) of 28% at 1450 nm, with the highest operating stability among reported CQD SWIR photodetectors, retaining 95% of performance following 300 h of biased and illuminated operation.
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