上海技物所低维材料红外探测器件的研究获进展

发布时间:2020-09-17 14:00    来源:仪表网

关键词:上海技物所 低维材料红外探测器件

摘要:中国科学院上海技术物理研究所始建于1958年10月,由中国科学院上海分院与复旦大学联合创办。1961年独立建制,隶属中国科学院。是中国红外、光电技术领域的骨干单位和主要研发单位。研究所以红外光电技术研究为定位,围绕红外、光电探测系统技术,红外焦平面和红外、光电系统核心元部件,红外基础物理理论应用基础研究三大领域开展研究工作。

       中国科学院上海技术物理研究所始建于1958年10月,由中国科学院上海分院与复旦大学联合创办。1961年独立建制,隶属中国科学院。是中国红外、光电技术领域的骨干单位和主要研发单位。研究所以红外光电技术研究为定位,围绕红外、光电探测系统技术,红外焦平面和红外、光电系统核心元部件,红外基础物理理论应用基础研究三大领域开展研究工作。

  近日,小编了解到,上海技物所低维材料红外探测器件的非对称光耦合研究获进展。

  据了解,低维材料(如二维材料、纳米线等)凭借不同寻常的优异光电特性引起了广泛研究,有望成为高性能探测器件的光敏材料。最常见的低维材料光电探测器件结构就是金属-低维材料-金属的结构。在低功耗、低暗电流的零偏压工作模式下,器件的光响应主要来源于低维材料与金属电极交界处的类肖特基结。当入射光局域地照射在低维材料与金属电极的交界处时,光伏、光热电等物理机制会诱导出宏观的光电流。金属-低维材料-金属的器件结构简单,不影响材料本身的优异特性,而且便于和不同的系统集成。

  但这种器件有两个主要瓶颈问题:

  一是在均匀的泛光照射下低维材料与两端金属的接触结产生大小相近、方向相反的光电流;两者互相抵消,使器件没有净的光响应。采用异种金属电极是一般的解决方案,但是制备异种金属电极通常需要额外的工艺步骤,增加了制备复杂性,以及低维材料被污染、损坏的可能性。

  二是二维材料、纳米线等低维材料尺度与光波长有较大差距,严重制约了光吸收效率,特别是低维材料与金属接触结的光吸收。利用微纳光子结构产生与低维探测材料交叠的亚波长局域强光场,从而提高低维材料与光的相互作用是一个有效的增强光吸收的途径,相关研究吸引了国际关注。

  那么,是否能够利用微纳光子结构诱导金属-低维材料-金属结构中非对称的光耦合,增强一端光敏材料-金属接触结的光吸收,并抑制另一端光敏材料-金属接触结的光吸收,同时解决金属-低维材料-金属器件的两大瓶颈问题而且不影响低维材料原有的光电特性,就具有重要研究意义。

  在上海技物所周靖、陈效双和陆卫研究员团队提出了等离激元纳米谐振腔非对称集成的石墨烯红外探测器件,揭示了该复合结构器件高对比度非对称光耦合的原理,验证了基于非对称光耦合突破金属-低维材料-金属探测结构的两大瓶颈问题,实现了泛光照射下显著的自驱动光响应,超越常规的等离激元耦合光栅1个量级。该研究提出了同时解决金属-低维材料-金属器件的零偏压工作模式两大瓶颈问题的新方法,有望推动低维材料光探测的发展。

  最后,我们要知道,石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。具有高导电性、高强度和超轻薄等特性,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。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。这些效应的输出大都是电量,或者可用适当的方法转变成电量。

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