南京大学研制出红外探测器件,全新机制提升机器灵敏度

红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波,人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱,必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。

 

南京大学研制出红外探测器件

 

想要有一双穿透黑夜的“千里眼”,该怎么做?许多人首先想到的是红外探测器。一般说来,红外辐射照射物体所引起的任何效应,只要效果可以测量而且足够灵敏,均可用来度量红外辐射的强弱。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。但由于价格昂贵、灵敏度低、可集成性差,红外成像的应用受到很大限制,尤其是在民用领域。


记者30日从南京大学获悉,该校电子科学与工程学院的王肖沐、施毅课题组和物理学院的缪峰课题组,研制出一种基于全新工作机制的红外探测器件。相关成果发表在《自然·纳米技术》杂志上。

 

红外探测被应用在军事和临床医学检测等领域

 

红外是红外线的简称,它是一种电磁波。它可以实现数据的无线传输。我们的眼睛只能看见一定波长范围内的光线。红外光是波长较长的不可见光,它的特点是,不仅可以实现远距离传输,而且穿透能力强。

 

事实上,红外探测已经广泛应用在日常生活中,比如我们经常会看到感应灯,感应水龙头,感应开关等等。此外,红外探测也应用在军事和临床医学检测等领域,例如红外夜视仪、末端制导、遥感、自由空间通信、红外雷达以及医院中常见的红外热像仪等,但红外成像仍然面临着诸多挑战。因此,科学家们一直在努力探索基于新原理来实现价格低廉、灵敏度高、性能优异的红外探测器。

 

研发团队实现一种全新的探测机制

 

该团队首次在二维材料垂直异质结中提出和实现了一种全新的探测机制:弹道雪崩。这种物理机制将量子弹道输运与雪崩击穿过程结合,将弹道输运中电荷几乎无散射、保持相位相干的量子特性与纳米尺度下可控的雪崩效应相结合,在实现载流子倍增放大的同时保持低功耗、低噪声,有望解决传统雪崩光电器件所遇到的瓶颈。基于实验上实现的弹道雪崩现象,合作团队进一步制作出了性能优异的中红外弹道雪崩光电探测器和弹道雪崩场效应晶体管。二维材料,是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度(1-100nm)上自由运动(平面运动)的材料,如纳米薄膜、超晶格、量子阱。

 

该项成果不仅促进了中红外低至单光子的高灵敏探测技术的发展,而且为后摩尔时代纳米电子学的发展提供了新的可能,对未来研制新一代光电子和微电子器件具有重要价值。

 

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