高性能中波红外光电探测技术通常以无源被动的模式进行全天时工作，兼具远距离探测、抗干扰性和强穿透能力，在航天遥感、天文探测等多个领域发挥着不可替代的作用。近年来，新型范德华异质结BP/MoS2中波红外单元器件已被验证具备室温工作和高灵敏度兼顾的红外探测能力，有望推动红外光电装备小型化、轻量化，但是更具应用价值的阵列化器件鲜有报道。究其原因，目前这种基于新型范德华材料的异质结探测器通常是通过机械剥离、干/湿法转移堆叠等方法构建的，转移过程中应力的非均匀释放常常导致大尺寸范德华材料的起皱，所形成非有效、非均匀的界面接触，直接影响阵列的灵敏度和均一性。如何设计并实现兼顾高灵敏度和良好均一性的红外探测器阵列，成为亟需解决的关键科学技术难题。
中国科学院上海技术物理研究所红外科学与技术重点实验室（红外物理国家重点实验室）胡伟达、王鹏与复旦大学开展合作，在范德华异质结中波红外探测器线阵研究方面取得重要进展。团队独辟蹊径，提出了一种温度辅助的倾斜转移方法，通过加热促使材料热膨胀，降低了无机材料与高分子聚合物之间的吸附能，有效缓解了转移过程中因过度粘附导致的界面不平整和非均匀应力问题。适当的倾斜角度为应力释放和界面污染物去除提供了方向性路径，减少了应力集中和污染物残留，从而解决了异质结接触过程中常见的不均匀界面与污染问题。最终成功构建了8×1黑磷/二硫化钼范德华异质结中波红外光电探测器线阵。平滑界面和均匀厚度为高均一性的灵敏度提供可靠基础。室温下，高占空比的光电探测器线阵在3.6 μm处的平均黑体峰值探测率达到了2.34×109cm·Hz1/2·W-1。线阵探测器的被动成像功能采用推扫式的成像方式进行演示，与单像素成像相比，多通道并行读出的成像方法实现了8倍的效率提升。利用去噪算法有效降低了非均匀响应引起的图像带状噪声，进一步提升了成像质量和目标识别能力。
该工作进展为实现室温工作高灵敏中波红外焦平面阵列提供重要基础。相关成果以“Van der Waals mid-wavelength infrared detector linear array for room-temperature passive imaging”为题，于2024年8月2日在国际学术期刊Science Advances上发表。
论文链接：www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn0560
图1 非理想范德华异质结对光电探测过程的负面影响
图2 黑磷/二硫化钼范德华异质结红外探测器线阵性能及其应用演示
供稿、供图：王振
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