上海技物所利用光电联合调控方法实现高灵敏甚长波红外探测器研制

随着红外探测技术不断向长波拓展，甚长波红外（>14 μm）在深空探测、红外天文和低温暗弱目标感知等领域具有重要应用价值。然而，该波段探测要求半导体禁带宽度或杂质电离能进一步降低，容易引发热激发载流子和暗电流急剧增大，导致器件高灵敏度与高温工作性能难以兼顾难以兼顾。

针对上述挑战，红外科学与技术全国重点实验室王鹏研究员和胡伟达研究员团队在高灵敏甚长波红外探测器研究中取得重要进展。团队提出了光电联合调控的探测增强方法，研制出CMOS兼容的甚长波红外探测器阵列，为空间红外高分辨凝视成像提供了新的技术路径。

研究团队从联合操控“电子”与“光子”出发，对光电响应过程进行双重优化。在电子态调控方面，通过掺杂工程构建浅能级杂质带，从而实现低能光子吸收；引入单极性势垒局域电场，有效调控热载流子与光生载流子的输运行为。在光子态调控方面，通过构建面内光子捕获结构，将低能量红外光子限制在吸收区内，使光吸收增强超过5倍。光电协同作用使体暗电流降低30%，工作温度从10 K提高至40 K。

在此基础上，研究团队进一步将光电联合调控方法应用于背入射阵列型器件。通过构筑基于界面亚波长结构与光学微腔的复合光子局域结构，引入界面衍射和腔内光局域效应，响应谱段覆盖5~20 μm，峰值探测率在18 μm处提升超过6.5倍，达到1.9×10¹¹ cm·Hz¹/²·W⁻¹。该策略为弱吸收有源层的光子利用效率提升及与焦平面阵列工艺兼容等难题提供了新思路，有助于推动甚长波红外探测技术向高分辨、高灵敏和高集成方向发展。

相关成果分别发表于《先进材料》（Advanced Materials）和《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国科学院国际合作计划及中国博士后科学基金等项目的支持。

论文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202419382

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202532129

利用光电联合调控方法实现高灵敏甚长波红外探测器研制

供稿：王鹏

编辑：虞慧娴