Mercury Chalcogenide Quantum Dots: Material Perspective for Device Integration

Abstract

Nanocrystals (NCs) are one of the few nanotechnologies to have attained mass market applications with their use as light sources for displays. This success relies on Cd-and In-based wide bandgap materials. NCs are likely to be employed in more applications as they provide a versatile platform for optoelectronics, specifically, infrared optoelectronics. The existing material technologies in this range of wavelengths are generally not cost effective, which limits the spread of technologies beyond a few niche domains, such as defense and astronomy. Among the potential candidates to address the infrared window, mercury chalcogenide (HgX) NCs exhibit the highest potential in terms of performance. In this review, we discuss how material developments have facilitated device enhancements. Because such NCs are primarily used because of their infrared optical features, we first review the strategies for the associated colloidal growth and electronic structure. The review is organized considering three main device-related applications: light emission, electronic transport and infrared photodetection.

Correlating Structure and Detection Properties in HgTe Nanocrystal Films

“…To confirm this hypothesis, we have performed Energy Dispersive X-ray spectroscopy (EDX) coupled to TEM (figure S3 and S4 for tripods and S23-24 for quasi spheres of HgTe. While many previous reports 54 based on EDX coupled with scanning electron microscopy (SEM) have claimed for quasi stoichiometric particles, EDX coupled to TEM reveals a clear Te excess (55% Te atomic ratio in the case of tripods) that is even stronger in the case of quasi sphereshaped HgTe (63% Te atomic ratio). Such Te excess is known to generate hole traps.…”

Bias Tunable Spectral Response of Nanocrystal Array in a Plasmonic Cavity

“…Here, we design a spectrally tunable NC-based device by carefully coupling the electromagnetic field and the charge collection resulting from hopping within a NC assembly. To build such a device, we combine a HgTe NC 26 thin-film absorbing in the extended short-wave infrared (e-SWIR) with a plasmonic resonator. The latter induces a spatially inhomogeneous spectral response within the device.…”

Синтез И Свойства Коллоидных Квантовых Точек Селенида Ртути

“…В последнее время повышенное внимание начали уделять синтезу наночастиц полупроводников с почти нулевой шириной запрещенной зоны (бесщелевые полупроводники), к которым относят халькогениды ртути. Межзонные зарядовые процессы в таких QD позволяют получать эффекты фотодетектирования и фотолюминесценции в средней и дальней ИК-области спектра и даже, теоретически, в терагерцовом диапазоне, что существенно дополняет спектральный диапазон QD по отношению к таковым на основе соединений кадмия и позволяет создавать новые оптоэлектронные устройства [3,4].…”

“…Задержка во времени получения халькогенидов ртути по сравнению, например, с халькогенидами кадмия вызвана рядом факторов, среди которых -повышенная токсичность прекурсоров ртути и не совсем удобный для исследователей из-за малодоступной аппаратуры ИК-диапазон люминесценции, а также отсутствие востребованности таких QD в медицине [5]. С развитием технологии частично эти проблемы решались, но к ним добавились новые, в частности -сложности в достижении требуемых параметров фоторегистрации и фотолюминесценции [3][4][5]. Для получения эффектов в дальнем ИК-спектре требуются нанокристаллы сравнительно больших размеров -до 30 нм.…”

“…Для получения эффектов в дальнем ИК-спектре требуются нанокристаллы сравнительно больших размеров -до 30 нм. В работе [3] показано, что QD таких размеров имеют поликристаллическую структуру, что снижает проявление эффектов люминесценции и фотопроводимости. В нашей работе [6] сделано обоснованное предположение, что при коллоидном синтезе формирование размера нанокристалла совершенной структуры ограничено соотношением его поверхностной энергии и энергии Ван-дер-Ваальса.…”