近日，中科院上海技術(shù)物理研究所紅外科學(xué)與技術(shù)重點實驗室王旭東副研究員團隊在多維光學(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，而實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵在于利用單個光電探測器獲取目標(biāo)的多維光學(xué)信息，包括強度、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)。該研究團隊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。

研究團隊利用各向異性半導(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。實驗結(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)的偏振和光譜實現(xiàn)檢測；利用具有不同截止波長的兩個吸收層，實現(xiàn)了雙光譜檢測；同時實現(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。

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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)重點實驗室王旭東副研究員、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。研究團隊表示，將繼續(xù)深入探索多維光學(xué)信息獲取技術(shù)，為推動光電探測器的發(fā)展做出更大的貢獻。

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

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