智能红外光探测器设计与实现

给出一种PIC单片机为核心的智能红外光束感烟探测器的设计。采用PIC16C711芯片嵌入探测器中作为控制芯片,完成对烟雾信号的探测采样和环境温度的检测,并利用模糊推理的滤波算法对检测数据进行分析处理,具有较好的环境适应性和可靠性。介绍了该探测器的硬件电路构成、系统软件设计及其实际应用情况。试验测试结果表明该智能红外探测器具有很好的探测烟雾的能力,作用距离50-100米。

基于石墨烯/硅微米孔阵列异质结的高性能近红外光探测器

本文报道了一种由石墨烯和硅微米孔阵列构筑的异质结探测器,具备高性能近红外光探测能力。通过光刻和反应离子刻蚀技术制备的硅微米孔阵列具有整齐光滑的表面,保证了较低的表面载流子复合速率。同时,孔阵列结构能有效地抑制入射光的反射,增加了有效光照面积,提高了石墨烯/硅异质结的吸收效率,从而提高了器件的光响应度。器件在±3 V偏压下表现出明显的电流整流特性,整流比为4.30×10^(5),在功率密度为4.25 m W/cm^(2)的810 nm入射光照射下器件的开关比达到了9.20×10^(5)。在入射光强为118.00μW/cm^(2)的810 nm光照下,光探测器的电流响应度可达到679.70mA/W,探测率为3.40×10^(12)Jones;入射光强为7.00μW/cm^(2)电压响应度为1.79×10^(6)V/W。更重要的是,该器件具有20.00/21.30μs的升/降响应速度。相比于商业化硅光电二极管,石墨烯/硅微米孔阵列光电探测器结构简单、制备工艺简便,有望大幅降低制备成本。研究结果显示了石墨烯/硅微米孔阵列异质结探测器在未来低成本、稳定和高效近红外光探测应用方面的巨大潜力。

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。

美研制成功双色量子点红外光探测器

美国斯坦福大学成功研制出一种双色InGaAs量子点（QD）红外光探测器，在77K时，可工作在5．5μm波长和9．2μm波长。

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。

高性能PtS_(2)/MoTe_(2)异质结红外光电探测器

由于光电探测器的工作性能直接关系到系统数据采集质量,为此,对高性能PtS_(2)/MoTe_(2)异质结红外光电探测器进行了研究。通过选取材料、试剂和设备制作了PtS_(2)/MoTe_(2)异质结红外光电探测器。搭建探测器性能测试环境,并利用光响应度、探测率、响应时间和光电导增益4个指标,分析探测器性能。结果表明,随着测试时间的推移,PtS_(2)/MoTe_(2)异质结红外光电探测器的光响应度数值始终处于5 A/W限值以上;无论对采集何种材质反射的红外光,探测器探测率均大于10 cm·Hz1/2 W^(-1);无论光生电流是处于上升还是下降时间,其响应时间始终在限值150μs以下;光电导增益值保持在80%以上。

基于硅/二维层状材料异质结的红外光电探测器研究进展

红外光是一种频率介于微波和可见光范围之间的电磁波,在光通信、人工智能、医用治疗、军事探测和航空航天等领域具有广泛的应用。硅的带隙为1.12 eV,导致硅基光电探测器的截止波长短(约1.1 mm)。近年来,研究发现了新型二维层状材料,它们具有带隙可调、载流子迁移率高、光谱响应宽、暗电流低、稳定性高以及制备工艺与互补金属氧化物半导体(Complementary metal oxide semiconductor, CMOS)工艺兼容等诸多优点,引起了研究人员的广泛关注。通过将硅与二维层状材料结合,能够有效地将硅基光电探测器的探测波段向波长超过1.1 mm的红外光波段拓展。本文着重介绍了近年来可探测波长超过传统硅光电探测器的基于硅/二维层状材料异质结的光电探测器在近红外和中红外光波段的研究进展并展望了其发展前景。

基于范德瓦尔斯材料的红外光电探测器研究进展

近年来,基于二维范德瓦尔斯材料的本征吸收、能带调制、结构设计以及新原理的红外光电探测器展现了巨大的潜力,并取得了突出的研究成果。对该领域的研究进展进行系统总结和分析,有助于进一步促进范德瓦尔斯材料在红外光探测领域的应用。基于此,本文首先概述了红外光电探测器的发展历程和分类。进而,重点总结并分析了范德瓦尔斯材料在红外光电探测器的红外光响应机制。在此基础上,进一步阐述了范德瓦尔斯材料红外光电探测器的性能优化方法、机制和进展。最后,对二维范德瓦尔斯材料在红外光探测器领域存在的问题和未来发展方向作了系统总结和展望。

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。

具有变革性特征的红外光电探测器

现代红外光电探测技术有着近八十年的历史.从二战期间第一个可实用PbS红外探测器到第三代红外光电探测器概念的提出,红外光电探测技术经历了翻天覆地的变化.以碲镉汞、锑化铟、铟镓砷为代表的传统红外光电探测器已在军事、遥感、通信、生命科学和宇宙探索等领域发挥着至关重要的作用.随着人类对光电探测不断增长的需求,尤其近几年来在人工智能、大数据、智慧城市等方面对红外信息的探测和智能感知有着强烈的需求,大幅降低红外光电探测器的尺寸(size)、重量(weight)、功耗(power)和价格(price),以及提高探测器的性能(performance)迫在眉睫.因此,要满足上述需求,必须要寻找具有变革性特征的红外光电探测器件.当前红外探测器正处于新旧更迭的时代,一大批新型红外光电探测器涌出.本文系统地介绍了一些具有变革性特征的红外探测器前沿内容,主要包括:人工光子微结构调控的新型红外探测器、基于能带工程的红外探测器、新型低维材料红外探测器,以及传统红外探测器的新方向.最后,展望了红外光电探测未来发展面临的机遇和挑战.

红外光电探测器的前沿热点与变革趋势

红外光电探测技术通常工作在无源被动的传感模式,具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、全天时工作等优点,在航天遥感、军事装备、天文探测等方面都有广泛应用。至今,二代、三代红外光电探测器已大规模进入装备,高端三代也在逐步推进实用化,并出现了前沿前瞻性的新概念、新技术、新器件。本文聚焦国内外的红外技术研究现状,重点介绍红外光电探测器当前的研究热点与未来的发展趋势。首先,介绍针对战术泛在化、战略高性能的SWaP^(3)概念。其次,综述以超高空间分辨率、超高能量分辨率、超高时间分辨率、超高光谱分辨率为特征的高端三代红外光电探测器,分析挑战光强探测能力极限的红外探测器的技术特征与实现方法。然后,论述基于人工微结构的四代红外光电探测器,重点介绍偏振、光谱、相位等多维信息融合的实现途径与技术挑战。最后,从片上数字化升级为片上智能化的角度,探讨未来极具变革性趋势的红外探测器。

PbS/并五苯场效应晶体管红外光电探测器

合成了尺寸均匀、分散性好,且吸收峰在近红外光谱区的硫化铅(PbS)量子点(QDs),并将其作为红外光吸收源与易于成膜且电学性能优良的有机化合物并五苯(Pentacene)相结合,形成量子点/并五苯复合薄膜作为有源层,采用顶栅底接触型水平场效应晶体管(FET)结构制备了红外光电探测器Au(S,D)/PbS QDs/Pentacene/PMMA/Al(G)。测试了暗态和980 nm波长激光照射下器件的电学参数和探测参数;探究了器件中载流子的传输机制;得到了电学和探测性能优良的PbS量子点/并五苯复合薄膜FET红外光电探测器,在辐照度为0.1 mW/cm^2的红外激光照射下,器件的响应度达到49.4 mA/W,对应探测率为1.7×10^11 Jones。

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。

红外光电散射式感烟探测器的研制

根据瑞利 (RayLeigh)散射原理 ,利用波长λ =0 .2 5 ～ 0 .95 μm的红外光线照射在一定粒度的烟幕上时产生的汤姆森 (Thomson)散射效应 ,研制了由分立半导体元件构成的室内烟雾信号探测器。该探测器在 2 4h内温度飘移在 ± 2 0mV以内 ,对每个回路容量为 1A的火灾自动报警器 ,驱动能量为 10 0 ～ 15 0个探测器。此仪器与国内外同类产品相比全面地提升了电路的性能 ,如频率响应 ,非线性失真 。

红外光电探测器在静电对靶喷雾中的应用

详细介绍了红外光电探测器,以及用红外光电探测器探测棉花的位置,实现对靶喷雾的设计。

线型红外光束感烟探测器灵敏度研究

结合国内外有关规范对线型红外光束感烟探测器的安装要求,运用火灾模拟软件FDS,对高大空间线型红外光束感烟探测器的响应性能进行仿真;研究探测器光路长度对报警时间的影响,指出当探测器光路长度不同时,探测器的响应性能有很大差别;提出不同灵敏度设置下发射器与接收器之间的合理安装间距。

量子点红外光子探测器的研究进展

迄今为止关于量子点红外光子探测器(QDIP)的研究已有众多文献发表,涉及量子点生长、系统设计、建模、表征与测量等各方面.对近年来国外文献报道的QDIP技术的进展进行了总结和综述,简要描述了QDIP研发的方法和思路,给出了近期国外研制的一些QDIP的性能,介绍了今后实现高性能QDIP的若干发展方向.尽管QDIP已成功地用于单元探测器和焦平面器件,但作为一种新兴技术,QDIP仍不成熟,短期内直接替代HgCdTe似乎还不可能.

量子线红外光子探测器的研究进展

基于半导体量子线子能带间跃迁的量子线红外光子探测器(QRIP)由于其独特的电子性质,具有工作温度较高、信噪比较高、暗电流较低、光谱范围较宽以及垂直入射光响应等特点.对于新型红外探测器的研发而言,QRIP是颇具潜力的候选者之一.通过对近年来部分相关文献的分析介绍,总结和评述了QRIP制备工艺、物理性质、仿真方法等方面的研究进展.

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.

无暗电流的红外光探测器

法国奥赛的泰拉斯科技研究中心和巴黎第七大学的研究者报道了通过级联量子能级生成电子位移的红外探测器。被称为量子级联探测器，是因为该装置不需应用偏置电乐就能工作，当然就没有暗电流。据报道，该探测器可能用于小像素、大面积的焦平面阵上。