钙钛矿基宽谱带光电探测器

钙钛矿材料凭借可调带隙、高光吸收系数和低激子结合能等优势,在半导体光伏和光电探测领域大放异彩。普适性的铅基钙钛矿吸收范围通常集中在UV到Vis区域,而窄带隙的纯锡基或者锡铅混合钙钛矿其吸收光谱仍局限于~1060 nm以内的近红外范围,受限于未来复杂场景的应用及探测成像。通过将钙钛矿与窄带隙半导体结合构建“钙钛矿/半导体”复合异质结可以进一步扩展光谱范围并提高吸收效率。本综述总结了钙钛矿基宽谱带光电探测器在探测性能优化、单体材料优异性能、复合材料优选工程等方面的进展,并探讨了宽谱探测器在光谱响应、像素集成、柔性器件开发和稳定性等方面的进展和应用前景。本综述将有助于推动钙钛矿基宽谱带光电探测研究及其未来成像应用。

Si基多层Ge量子点近红外光电探测器研制

采用超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)技术在Si衬底上外延生长了PIN结构多层Ge量子点探测器材料。PIN探测器结构由N型Si衬底,多层Ge量子点吸收区,和原位掺杂P型Si盖层构成,电极分别制作于N-Si和P-Si上,以获得好的欧姆接触。制备的Si基Ge量子点光电探测器具有较低的暗电流密度(-1 V偏压下为7.35×10-6A/cm2),与Si相比,探测波长延伸到1.31μm波段。

硅肖特基结自滤波窄带近红外光探测器的研究

窄带近红外光探测器因对特定波长有很高的灵敏度,在临床诊断、治疗设备或可穿戴的功能性监测设备等生物医学领域具有广阔的应用前景。文章基于硅基光吸收及肖特基结光生载流子收集特性的分析,首次采用Silvaco TCAD设计了光谱可调的硅/石墨烯肖特基二极管窄带近红外光探测器。利用湿法转移石墨烯电极制备了硅/石墨烯肖特基二极管,光电特性表征发现,器件具有自滤光的、可见光盲的近红外窄带响应,中心波长为1010 nm,半峰宽为180 nm,成功验证了硅基肖特基窄带近红外光探测器的设计。研究结果为窄带近红外光探测器等新型光电探测器的设计提供一定的理论支持和实验参考。

基于等离子体增强上转换发光的窄带1550 nm光探测

近红外光(NIR)探测技术在军事、通信和工业应用中发挥着重要的作用,巨大的市场需求带动了NIR光电探测器(PDs)研究的快速发展。具有双光子或多光子泵浦特性的稀土掺杂上转换纳米颗粒(UCNPs)可以将NIR光子转换为可见光子或紫外光子,并被禁带宽度更宽的半导体吸收,进而制备出性能优异的上转换PDs。然而,NIR窄带上转换PDs的实现仍然面临一些困难,例如稀土离子荧光量子效率低、需要高泵浦阈值才能实现可探测的上转换发光。在此,我们利用NaYF4∶4%Er UCNPs与钙钛矿半导体层相结合,实现了1550 nm的窄带上转换PDs。通过使用具有局域表面等离子体共振效应的银纳米棒层(Ag NRs)增强了UCNPs的上转换发光,从而降低了上转换PDs的泵浦阈值。基于Ag NRs/NaYF4∶4%Er UCNPs/MAPbI3复合结构的PDs的最佳响应度(R)和探测率(D*)分别约为48.5 mA/W和5.7×10^(8) Jones。与纯UNCP/MAPbI3 PDs相比,R和D*均提高了一个数量级。我们成功地构建了一种简单的策略来制造出稳定的近红外窄带PDs。

多孔GaN/CuZnS异质结窄带近紫外光电探测器

窄带光电探测系统在荧光检测、人工视觉等领域具有广泛应用.为了实现对特殊波段的窄带光谱探测,传统上需要将宽带探测器和光学滤波片集成.但是,随着检测技术的发展,人们对探测系统的功耗、尺寸、成本等方面也提出了更高要求,结构复杂、成本高的传统窄带光电探测器应用受到限制.于是,本文展示了一种基于多孔GaN/CuZnS异质结的无滤波、窄带近紫外光电探测器.通过光电化学刻蚀和水浴生长方法,分别制备了具有低缺陷密度的多孔GaN薄膜和高空穴电导率的CuZnS薄膜,并构建了多孔GaN/CuZnS异质结近紫外光电探测器.得益于GaN的多孔结构和CuZnS的光学滤波作用,器件在–2 V偏压、370 nm紫外光照下,光暗电流比超过4个数量级;更重要的是,器件具有超窄带近紫外光响应(半峰宽<8 nm,峰值为370 nm).此外,该探测器的峰值响应度、外量子效率和比探测率分别达到了0.41 A/W,138.6%和9.8×10^(12)Jones.这些优异的器件性能显示了基于多孔GaN/CuZnS异质结的近紫外探测器在窄光谱紫外检测领域具有广阔的应用前景.

基于C_(14)H_(31)O_(3)P-Ti_(3)C_(2)/Au肖特基结的自驱动近红外探测器

Ti_(3)C_(2)Tx作为新型二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)中的一类,具有丰富的表面官能团(—OH,—F和—O等),并能够通过进一步的表面功能化调控表现出半导体特性.目前将Ti3C2Tx半导体性质应用在红外光电探测器中的研究还很少.本文研制了一种基于C_(14)H_(31)O_(3)P-Ti_(3)C_(2)/Au肖特基结的自驱动近红外光电探测器.通过膦酸基团与Ti3C2Tx表面羟基的缩合反应,制备了改性的C_(14)H_(31)O_(3)P-Ti_(3)C_(2)二维纳米半导体;并采用滴涂法构建了C14H31O3P-Ti3C2/Au肖特基结光电探测器.该器件在近红外波段(808—1342 nm)显示出良好的检测性能和循环稳定性,1064 nm近红外光照射下最高响应度为0.28 A/W,比探测率为4.3×10^(7)Jones,经10次I-t循环后器件性能保持稳定.由于C_(14)H_(31)O_(3)P-Ti_(3)C_(2)/Au肖特基结光电探测器具备自驱动特性和简单的制备工艺,因此在弱光信号检测方面表现出良好的应用潜力,例如在天文学和生物医学领域.这为基于MXene的近红外探测器的设计和研制提供了新思路.

原位制备Ti_(3)C_(2)T_(x)/Si肖特基近红外光电探测器

溶液法合成的MXene材料在大规模均匀制备光电器件方面面临挑战,物理气相沉积方法为MXene材料的制备和光电器件的原位制备提供了新的途径。采用脉冲激光沉积(PLD)技术和酸化处理的方法在硅衬底上合成了高质量Ti_(3)C_(2)T_(x)薄膜,并以此高电导率的Ti_(3)C_(2)T_(x)为接触电极,成功地原位制备了Ti_(3)C_(2)T_(x)/Si肖特基二极管。光电特性表征结果表明,制备的器件具有优异的近红外响应的特性。在波长980 nm入射光辐射下,器件的响应度高达91.4 mA/W,上升时间和下降时间分别为11.9μs和60.0μs。Ti_(3)C_(2)T_(x)/Si肖特基近红外光电探测器被用作光容积描记术(PPG)传感器,由于其优异的近红外响应特性降低了环境中可见光的干扰,采集的PPG脉搏波相较于商用器件更加稳定可靠,所测心率与商用袖带式血压计测量结果相当。提出的原位制备器件方法为MXene基光电探测器的研制提供了重要参考。

二极管型近红外聚合物光电探测器研究进展

近红外聚合物光电探测器的光电特性灵活可调、与柔性基板兼容性好、制备工艺简单且成本低,在航空、军事、工业、医疗等领域具有较大应用前景。近红外聚合物光电探测器的结构类型包括光电导体、光电二极管及光电晶体管,其中光电二极管的研究最为广泛。本文对近红外聚合物光电二极管(near-infrared polymer photodiodes,NIR PPD)的研究进展进行综述:首先,介绍了NIR PPD的光电转换原理;其次,分别从新材料合成和器件结构设计角度,详细讨论了在改善NIR PPD性能方面取得的重要进展;最后,总结全文并提出当前NIR PPD研究存在的挑战及其发展前景。

高性能石墨烯/金字塔硅异质结近红外光探测器

石墨烯具有优异的光学性质和电学性质,在快速宽光谱光电探测方面有极大的潜力。本文设计并制备一种高性能石墨烯/n型金字塔硅异质结近红外光探测器。高质量石墨烯是采用化学气相沉积法制备的,通过湿法转移将其转移到n型金字塔硅表面,从而获得具有垂直结构的石墨烯/金字塔硅异质结器件。测试结果表明,在无光照条件下,器件的整流比达到了6.9×10^(5);在970 nm近红外光的照射下,电流开关比高达5.3×10^(4),电流响应度、外量子效率、光电压响应度和比探测率分别可达577.6 mA·W^(-1)、73.97%、1.26×10^(6)V·W^(-1)和4.92×10^(12)Jones。此外,器件具有快的响应速度,上升和下降时间分别为22μs和14.5μs。最后,还对器件稳定性进行研究,在空气环境中放置3个月后,光电流基本没有衰减,表明了器件具有优异的空气稳定性。

钙钛矿基近红外光电探测器

近年来,具有ABX3晶体结构的金属卤化物钙钛矿材料因其可调带隙、高吸收系数、长载流子传输距离等光电学特性而在光电探测领域表现出良好应用前景,尤其是基于纯Sn或者Sn/Pb混合阳离子制备的杂化钙钛矿在760~1050 nm范围的近红外光电响应性能非常优异,展现出高灵敏度、低暗电流和高探测率等多方面优势。为进一步拓宽钙钛矿的近红外以及红外响应波长范围,研究人员探索了将有机材料、晶体硅/锗、Ⅲ-Ⅴ族化合物、Ⅳ-Ⅵ族化合物、上转换荧光材料等作为互补光吸收层与钙钛矿结合制备异质结来构筑出宽谱响应的近红外光电探测器。基于以上研究,本文总结了当前拓宽钙钛矿光电探测器的光谱范围的有效途径。同时,对钙钛矿材料的近红外光电探测器的未来发展前景作出了展望。

多孔GaN/MoO3异质结窄带响应紫外光电探测器

紫外光电探测器在空间天文望远镜、军事导弹预警、非视距保密光通信、野外火灾遥感和生化检测等方面具有非常广泛的应用前景。本文介绍了一种基于GaN纳米孔阵列/MoO3异质结紫外光电探测器。通过简单的光电化学刻蚀方法,将平面u-GaN刻蚀成均匀的纳米孔,以减少表面缺陷,增强光吸收。在多孔GaN材料上沉积MoO3薄膜,制成多孔GaN/MoO3异质结。实验结果表明,该紫外光探测器在−3 V偏压下的光开/关比超过103;与纯多孔GaN器件相比,异质结器件的响应度和外量子效率均提高了两个数量级。此外,该异质结器件具有窄带响应,半峰宽度仅10 nm。这种具有高开关比、高量子效率和窄带响应特性的光电探测器有望实现在荧光检测、成像和紫外光通信方面的应用。

用作多通道长波光谱仪的量子格栅红外光电探测器列阵

美国陆军研究实验室的研究人员制备出了一种可用作多通道长波红外光谱仪的量子格栅红外光电探测器列阵．这种量子格栅红外光电探测器列阵是利用在7μm～16μm波长范围内具有宽带吸收特性的量子阱红外光电探测器材料结构制备的．用这种量子阱红外光电探测器材料制备量子格栅红外光电探测器器件的好处是，在该材料吸收范围内的各个相关波长上的光散射，可以在每个器件中形成一种窄带探测。

新颖的量子线红外光电探测器

据英国《Infrared Physics & Technology》杂志报道，美国内华达大学电学与计算机工程系的研究人员研制出了若干种可在长波和甚长波区域工作的新颖半导体量子线红外光电探测器．这些红外光电探测器基于半导体量子线中的子带间跃迁，它们是用一种非平版印刷纳米结构制备技术制备的，研究人员已发现这些量子线红外探测器具有提高工作温度、增加信／噪比、降低暗电流、

电压可切换和可调、对环境不灵敏的多色超晶格红外光电探测器

光子探测器有本征、非本征、内部光发射和次带间光电探测器多种类型．非本征光电探测器需要被致冷到较低的温度(<40K)．内部光发射光电探测器的主要缺点是量子效率低，因为载流子是通过自由载流子吸收激活的．本征光电探测器是利用带隙吸收的光子探测器，其材料的选择仅限于在远红外谱区具有带隙吸收的那些半导体，

新颖的量子线红外光电探测器

据英国《Infrared Physics & Technology》杂志报道，美国内华达大学电学与计算机工程系的研究人员研制出了若干种可在长波和甚长波区域工作的新颖半导体量子线红外光电探测器。这些红外光电探测器基于半导体量子线中的子带间跃迁，它们是用一种非平版印刷纳米结构制备技术制备的。研究人员已发现这些量子线红外探测器具有提高工作温度、增加信／噪比、降低暗电流、

横向SOI锗硅光电探测器的数值模拟

采用Atlas对SOI/CMOS兼容横向pin近红外锗硅光探测器进行了模拟分析。结果显示,外延应变SiGe层产生禁带变窄,形成了横向的二维空穴势阱沟道。在3V反向偏压下,电场沿横向均匀分布,光吸收层基本完全耗尽,光生载流子得到有效收集;与Si的光电响应相比,出现较明显的响应波长范围向长波长方向扩展、响应峰值波长向长波长方向移动,证实了探测器结构的有效性和其良好的光电性能。

p-i-n InP/InGaAs光电探测器的电流及电容特性研究

为了实现高灵敏度探测,红外探测器需要得到优化。利用Silvaco器件仿真工具研究了p--i--n型InP/In0.53Ga0.47As/In0.53Ga0.47As光电探测器的结构,并模拟了该结构中吸收层浓度和台阶宽度对暗电流以及结电容的影响。结果表明,随着吸收层掺杂浓度的逐渐增大,器件的暗电流逐渐减小,结电容逐渐增大。当台阶宽度变窄时,器件的暗电流随之减小,结电容也随之变小。最后研究了光强和频率对器件结电容的影响。在低光强下,器件的结电容基本不变;当光强增大到1 W/cm2时,器件的结电容迅速增大。器件的结电容随频率的升高而减小,其峰值由缺陷能级引起。

利用近红外窄带数字图像分析法评价废纸的脱墨效果

现有的废纸脱墨效果评价方法包括视觉图像分析法（人工分析和数字分析）和光学反射法（基于Kubelka—Munk方程）。图像分析法的原理很简单：将深色油墨（大多为黑色）从浅色背景（纤维）中剥离出来，然后利用视觉或电子设备捕捉。图像分析法存在一些局限性，例如与纸张光学性能的相关性差，样品与样品以及纸张正反面之间的结果存在较大的差异。该文采用了一种创新方法，利用近红外光谱和数字图像设备克服上述局限性。

红外光电子学研究

红外光电子学是在红外光电技术推动下不断发展的学科,其发展与半导体物理学、凝聚态物理学、微电子学以及光学等的关系越来越密切。中国科学院长期将红外光电子学作为重要发展领域予以支持,在任务带学科的模式下取得了一系列重要成果。文中还对该学科的进一步发展提出了一些想法。

近红外光的可视化及其应用

开发高性能的近红外可视化器件在生物成像、食物检测、健康监测和环境分析等领域有着重要意义。近红外可视化器件由光探测单元和发光单元组成,可将人眼不可视的近红外光转换为可见光。其工作机制是,光探测单元作为发光单元的载流子注入层,在近红外光下产生光电流,因而被近红外光照射的区域会产生电荷注入,在发光单元的对应区域复合发光,发射可见光。没有近红外光照射时,光探测单元中不产生光电流,将抑制发光单元中的电荷注入,因而不发光。因此,近红外可视化器件可用于对辐射、反射或吸收近红外光的物质成像。本综述介绍了近红外可视化器件的工作原理和最新进展,包括基于无机、有机半导体等不同材料的近红外可视化器件。研究发现,近红外可视化器件的光子转换效率由近红外光探测单元和发光单元的光电转换效率决定。本文归纳了提高近红外可视化器件的光子-光子转换效率的方法和相关工作,探讨和展望了近红外光的可视化技术在三维图像分析、近红外检测卡、生物成像、健康和环境监测与检测的应用前景。