近日，中科院上海技術(shù)物理研究所紅外科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王旭東副研究員團(tuán)隊(duì)在多維光學(xué)信息獲取領(lǐng)域取得突破，提出了一種基于非對齊單極勢壘光電探測器（misaligned unipolar barrier photodetector, 簡寫為MUBP）的創(chuàng)新技術(shù)，為多光譜檢測和偏振檢測集成到單一光電探測器提供了一種實(shí)用的方法，為紅外探測器的集成化和智能化提供了新思路。研究成果以“Multi-dimensional optical information acquisition based on a misaligned unipolar barrier photodetector”為題，發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）雜志上。

紅外光電探測器在眾多領(lǐng)域中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，如夜視、天文學(xué)、光通信、健康監(jiān)測和遙感等。當(dāng)前，紅外光電探測器的發(fā)展聚焦于集成化和智能化，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵在于利用單個(gè)光電探測器獲取目標(biāo)的多維光學(xué)信息，包括強(qiáng)度、光譜、偏振等。然而，將光譜檢測和偏振檢測集成到單一紅外光電探測器中，面臨著工藝和性能上的諸多挑戰(zhàn)。該研究團(tuán)隊(duì)提出的非對齊單極勢壘光電探測器（MUBP）結(jié)構(gòu)，通過精準(zhǔn)的能帶工程，采用兩端勢壘結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了偏壓可切換的雙光譜檢測。與三端器件相比，兩端器件無需額外的公共電極，結(jié)構(gòu)簡單、制作工藝簡便且填充因子高。

研究團(tuán)隊(duì)利用各向異性半導(dǎo)體材料黑磷（bP）和黑砷磷（b-AsP）作為吸收層，中間以二硫化鉬（MoS₂）為勢壘層。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該光電探測器能夠分別在正向偏壓和反向偏壓下對目標(biāo)的偏振和光譜實(shí)現(xiàn)檢測；利用具有不同截止波長的兩個(gè)吸收層，實(shí)現(xiàn)了雙光譜檢測；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了室溫下的黑體響應(yīng)。此外，在雙光譜紅外光電探測器的遠(yuǎn)程溫度測量方面表現(xiàn)出更高的準(zhǔn)確性和可靠性。

圖片:W020240820625543555643_ORIGIN.png

圖1 (a)非對齊單極勢壘光電探測器（MUBP）器件結(jié)構(gòu)；(b-c)正向偏壓和反向偏壓下MUBP器件能帶結(jié)構(gòu)示意圖；(d)器件MWIR1和MWIR2通道的雙光譜響應(yīng)；(e)器件在正向偏壓和反向偏壓下的偏振響應(yīng)特性；(f)器件的目標(biāo)溫度檢測特性。

上述研究成果由中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、國科大杭州高等研究院和復(fù)旦大學(xué)共同完成。紅外科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王旭東副研究員、復(fù)旦大學(xué)陳艷青年副研究員、王建祿教授為論文共同通訊作者，張書魁博士后、焦韓雪博士后為論文第一作者。研究團(tuán)隊(duì)表示，將繼續(xù)深入探索多維光學(xué)信息獲取技術(shù)，為推動(dòng)光電探測器的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

該研究得到了中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、上海市科委、中國博士后科學(xué)基金等多個(gè)項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51378-7