碲镉汞红外光电探测器局域场表征研究进展（特邀）

碲镉汞材料 (HgCdTe) 是第三代红外探测系统中使用的重要探测材料,其发展水平能基本反映当前红外探测器最优性能指标。近年来,天文、遥感和民用设备对探测器性能提出了更高的要求,这对HgCdTe红外探测器的设计和制备提出了新的挑战。HgCdTe红外探测器更精细的设计和加工技术为提高HgCdTe红外探测器性能提供解决思路。抑制器件的有害局域场、调控器件的有益局域场可以实现器件性能进一步的突破。但是,如何对HgCdTe光电器件局域场进行表征与分析,澄清HgCdTe光电器件中局域场相关的噪声及暗电流起源,是推动器件性能突破需解决的重要关键科学与技术问题。文中将总结HgCdTe红外光电探测器局域场表征与分析的研究进展,为新一代HgCdTe红外光电探测器发展提供基础支撑。     

二维半导体红外光电探测器研究进展（特邀）

红外探测在生物医疗、智慧城市、宇宙探索等前沿领域中有着重要的作用。近年来,以二维材料为代表的新型纳尺度半导体并以此形成的具有颠覆性意义的光电探测技术在探测灵敏度、极低暗电流、高工作温度等指标超越了传统薄膜器件的理论极限,是新一代红外光电探测技术有力竞争者之一。文中以局域场调控实现室温高性能光电探测为出发点,介绍了铁电局域场、层间内建电场、面内内建电场调控二维材料光电探测机理与器件实现方法;进一步,针对二维材料其尺寸效应引起的光利用率低或量子效率低的问题,提出了单边异质结和表面等离子激元增强结构的光电性能增强方法;最后列举了二维半导体材料在红外探测器领域的应用探索,展现了新型二维半导体红外探测器的应用潜力与前景,为新一代红外探测器技术提供了新方法和新思路。     

铁电局域场增强低维材料光电探测器研究进展（特邀）

光电探测器在通讯、环境、健康和国防等日常生活及国家安全等领域中应用广泛。随着时代的发展,对光电探测器在灵敏度、响应速度及波长范围等方面的性能要求与日俱增。低维材料独特的电学及光电特性使其在光电子器件领域具有重要的应用前景。为了充分利用低维材料的优势,克服其暗电流大、吸收率低的不足,研究人员提出将铁电材料与低维材料结合,利用铁电材料的剩余极化作用形成强局域场调控载流子浓度以提高低维材料的光电探测能力。文中总结了近年来铁电局域场增强低维材料光电探测器的研究成果,介绍了铁电材料对一维纳米线、二维材料以及低维结型器件的调控和性能提升方面的相关研究。最后,对铁电局域场增强低维材料光电探测器的发展趋势进行了简要的总结和展望。     

基于碳管/石墨烯/GaAs双异质结自驱动的近红外光电探测器

基于单壁碳纳米管(SWCNT)/单层石墨烯/GaAs双异质结结构构筑了自驱动近红外光电探测器,利用GaAs优异的光电特性和石墨烯的高载流子迁移率特点,该光电探测器在无偏压情况下光电响应率可达393.8mA/W,比探测率达到6.48×1011 Jones,开关比为103。而且,利用半导体性SWCNT对近红外光子的高吸收特性以及SWCNT/石墨烯异质结对SWCNT产生光生载流子进行有效分离,使得该双异质结光电器件的光谱响应可拓展至1 064nm,突破了GaAs自身的响应极限860nm。     

石墨烯摩尔超晶格的近场纳米成像（特邀）

具有优异光电响应特性的二维材料,在新型红外探测技术中展现了极高的应用价值与潜力。对于由二维材料制备的红外探测器,通过引入局域场调控的方式能够显著提升其红外探测性能。一种基于光热电效应的局域温度场调控技术被研究人员报道,该技术结合了双层旋角石墨烯形成的摩尔超晶格结构。摩尔超晶格的形成使体系的塞贝克系数产生变化,从而使光照激发的热载流子浓度在空间上形成梯度变化,通过高分辨度的光电流显微镜探针可以探测双层石墨烯内单个摩尔晶胞的光电响应,从而获得体系的高分辨率光电流空间分布。该技术展示了旋角电子学在光电探测领域的前景,为未来的单光子探测器提供了设计思路。     

基于微纳结构的硅基高速探测器研究进展

传统平面入射型硅基探测器由于近红外吸收系数低,存在响应速度和探测效率的冲突,被认为不适用于短距离光纤通信领域。微纳结构可有效提高等效光程,使入射光被吸收层充分吸收,提高光电器件的量子效率,广泛应用于太阳电池、近红外增强探测器等领域。近期,研究者基于陷光微结构,实现了数据传输速率达20Gb/s以上、与CMOS工艺兼容的硅基高速探测器,展现出了广阔的发展前景。文章对微纳结构的优化设计、制备方法、基于微纳结构的硅基高速探测器的研究进展进行了综述和分析。     

基于石墨烯的红外探测机理与器件结构研究进展

石墨烯具有超高载流子迁移率、零带隙、宽波段响应等性质,是具有潜力的红外光电探测材料。通过分析石墨烯基红外探测器的发展历程,综述了石墨烯红外光电响应的机理,对石墨烯基探测器的响应度、波段、速度等性能和器件结构进行了梳理,并围绕石墨烯基探测器在材料制备、工艺兼容性等方面的挑战进行了探讨和展望。     

局域光场增强的量子阱红外探测器（特邀）

量子阱红外探测器是继碲镉汞红外探测器之后又一重要的可以在中、长波段和甚长波段工作的红外探测器件。它在长波红外探测、多色探测及其焦平面技术方面表现出比碲镉汞红外探测器更具特色的优势,对量子阱红外探测器的研究将在很大程度上推动我国红外探测器技术的发展。这一探测器的突出优势是其材料均匀性好,制备技术成熟。但是由于量子效率偏低,且无法直接吸收垂直入射红外光,所以需要针对不同的红外探测波段,设计和制备各类光栅或微腔结构来进行光耦合及局域光场增强以有效提升探测器性能。如何更有效提升量子阱红外探测器的光耦合效率,降低暗电流,提高器件工作温度是仍然是目前研究的重点。文中着重介绍和总结了近5年来研究的局域光场增强的新型量子阱红外探测器,从提高探测器光耦合效率、降低器件暗电流和提高工作温度等方面重点讨论各种量子阱红外探测器的新结构和新机理,同时展望了这一探测器的未来发展方向。     

GaN基多量子阱红外探测器研究进展（特邀）

多量子阱红外探测器是一种新型的利用子带跃迁机制的探测器件,具有非常高的设计自由度。GaN/Al(Ga)N量子阱由于大的导带带阶,超快的电子驰豫时间,超宽的红外透明区域以及高的声子能量,使得其成为继GaAs量子阱红外探测器之后又一潜在的探测材料结构。文中详细综述了国内外关于GaN基量子阱红外子带吸收及其探测器件的研究进展。首先介绍了量子阱红外探测器的工作原理及其选择定则,接着从极性GaN基多量子阱、非极性或半极性GaN基多量子阱以及纳米线结构GaN基多量子阱三个方面回顾当前GaN基多量子阱红外吸收的一些重要研究进展,包括了从近红外到远红外甚至太赫兹波段范围的各种突破。最后回顾了GaN基多量子阱红外探测器件的研究进展,包括其光电响应特性和高频响应特性,并对其未来的发展进行总结和展望。     

电场及力场增强二维材料光电探测器的研究进展北大核心CSCD

二维材料光电探测器作为新型光电探测器,具有带隙可调、易于制备柔性器件等诸多优点。进一步丰富了光电探测器的应用前景。与此同时,二维材料光电探测器也需要一定程度的优化,例如解决二硫化钼难以实现双极性调控的问题。本文着重介绍科研人员通过利用离子导体,铁电材料,局域栅等电场方式以及施加应力的力场方式对二维材料光电探测器进行增强。从而解决二维材材制备的探测器存在的一些问题,并分析现有研究的不足之处,并对其未来发展进行展望。为相关研究人员提供一定程度的参考。     

碲镉汞高工作温度红外探测器

基于当前红外探测器技术的发展方向,从高工作温度红外探测器应用需求的角度分析了碲镉汞高工作温度红外探测器在组件重量、外形尺寸、功耗、环境适应性及可靠性方面的优势。总结了欧美等发达国家在碲镉汞高工作温度红外探测器研究方面的技术路线及研究现状。从器件暗电流和噪声机制的角度分析了碲镉汞光电器件在不同工作温度下的暗电流和噪声变化情况及其对器件性能的影响;总结了包括基于工艺优化的Hg空位p型n-on-p结构碲镉汞器件、基于In掺杂p-on-n结构和Au掺杂n-on-p结构的非本征掺杂碲镉汞高工作温度器件、基于nBn势垒阻挡结构的碲镉汞高工作温度器件及基于吸收层热激发载流子俄歇抑制的非平衡模式碲镉汞高工作温度器件在内的不同技术路线碲镉汞高工作温度器件的基本原理,对比分析了不同技术路线碲镉汞高工作温度器件的性能及探测器制备的技术难点。在综合分析不同技术路线高温器件性能与技术实现难度的基础上展望了碲镉汞高工作温度器件技术未来的发展方向,认为基于低浓度掺杂吸收层的全耗尽结构器件具备更好的发展潜力。     

Ga2O3功率器件研究现状和发展趋势

氧化镓(Ga2O3)超宽禁带半导体材料在高频大功率器件领域具有巨大的应用潜力和前景,近几年已成为国内外研发的热点.概述了Ga2O3半导体材料在功率器件应用领域的特性优势和不足,重点介绍了日本、美国和国内的Ga2O3功率半导体器件的研发现状.详细介绍了目前Ga2O3肖特基势垒二极管(SBD)、Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)以及新型Ga2O3功率器件的最新研究成果.归纳出提高Ga2O3单晶和外延材料质量、优化Ga2O3功率器件结构和制造工艺是Ga2O3功率器件未来的主要发展趋势,高功率、高效率、高可靠性和低成本是Ga2O3功率器件未来的主要发展目标.最后总结了我国与美国、日本在Ga2O3功率半导体领域的技术发展差距,以及对未来我国在Ga2O3功率半导体技术方面的发展提出了建议.     

非制冷红外探测器研究进展（特邀）

非制冷红外探测器由于无需制冷装置,能够工作在室温状态下,具有成本低、体积小、功耗低等特点,在红外领域得到了广泛的应用。在军事应用方面,非制冷型探测器的应用逐渐进入了之前制冷型探测器的应用范围,大量应用在一些低成本的武器系统,甚至在一些应用领域取代了原来的非制冷型探测器。在民用领域方面,更表现出了其价格和使用方便的优势,在民用车载夜视、安防监控等应用领域引起了广泛的兴趣和关注。文中介绍了Bolometer、热释电、热电堆等几种典型非制冷红外探测器的工作原理,列举了目前已实现商业化应用的主要产品在国内外的情况,着重介绍了目前应用最广泛的Bolometer器件主流产品的像元间距、阵列规格、性能及其封装发展的情况。除了已实现商业化应用的Bolometer、热释电、SOI二极管等探测器等产品,还详细介绍了一些非制冷探测新技术或新型器件:比如超表面在增强某些波段吸收方面的应用,新材料的Bolometer探测器、双材料新型非制冷器件、石墨烯、量子点、纳米线等光电探测技术的研究进展。最后文章还对今后非制冷红外探测器的发展趋势作了预测。     

表面等离激元纳米结构增效的光电探测器进展（特邀）

光电探测器作为航空航天、深空探测和环境监测等领域的核心器件之一,具有重要的科学研究和实用价值。表面等离激元具有可突破光学衍射极限、实现纳米聚焦的性质,为光电探测器的性能提升提供了全新的技术手段,是近年来光电探测增效研究领域的热点之一。文中围绕表面等离激元纳米结构增效的光电探测器研究展开综述,首先介绍了各类表面等离激元纳米结构的物理特性,主要包括局域表面等离激元结构和传导型的表面等离极化激元结构,以及由表面等离激元金属和半导体材料构成的异质结构;然后重点从探测器性能、探测原理和工艺方法等角度,介绍了等离激元纳米结构增强的光电探测器的研究进展;最后对表面等离激元纳米结构增效的光电探测器及其在未来面临的挑战进行了总结和展望。     

石墨烯异质结及其光电器件的研究进展

石墨烯是具有高迁移率、高热导率、高比表面积、高透过率及良好的机械强度等特性的二维材料,在光电子器件领域被广泛用作透明电极及电荷传输层等。但由于石墨烯是零带隙材料,为半金属性,限制了其在半导体光电子器件领域的应用。为更加切合半导体产业应用的要求,构建异质结已经成为相关领域实现应用的重要途径。国际上已有较多团队开展了石墨烯异质结相关研究,目前已有较多报道。本文从石墨烯的性质出发,讲述了石墨烯异质结的发展历程,制备方法,并从材料制备与器件结构的角度总结了基于石墨烯异质结光电子器件的研究进展。最后,对石墨烯异质结在光电子器件领域的发展进行了展望。     

Gain enhancement of terahertz surface plasmon in electrically pumped multilayer graphene

We propose a surface plasmon(SP) structure in electrically pumped multiple graphene-layer(MGL), and calculate the functions of dynamic conductivity and absorption coefficient. Meanwhile, the dependences of absorption coefficient on different factors are simulated. SP can get gain when absorption coefficient is negative, and the SP gain can be enhanced by lowering temperature, applying high bias voltage and choosing the graphene with proper layer number and long momentum relaxation time. The study on SP gain is hopeful to be used in amplifiers and graphene-based plasmon devices.     

微纳结构增强型红外探测器研究进展（特邀）

红外探测器在军事侦查、遥感、通信、精确制导和航空航天等领域发挥着关键作用,受到世界各国长期关注,具有重要的研究价值和应用前景。微纳结构与传统半导体探测器集成后能够有效提高光子耦合效率和等效光程,突破传统体材料的吸收极限,提高光电器件的量子效率并降低器件的暗电流,为高性能红外探测器的研究提供了全新的技术手段。文中围绕近年来各种不同类型的微纳结构增强型红外探测器的研究展开综述。首先,介绍了微纳结构增强型红外探测器的基本原理,根据微纳结构的材料和功能不同,进行了分类和对比;其次,分别从介质型、表面金属型和三维等离子腔型等方面对微纳结构在红外探测器上的研究进展进行了阐述;最后,对基于微纳结构增强型红外探器的发展趋势进行了总结和展望。     

基于石墨烯材料的太赫兹波探测器研究进展

太赫兹波具有瞬态性、宽带性、穿透性和低能性等一系列独特性质,使其在材料研究、信息传递、环境检测、国防安全、医疗服务等方面展现了非常广阔的应用前景。作为该领域应用的关键,太赫兹探测器得到科研人员极大的重视。一般来讲,探测器的性能很大程度上依赖于基质材料的特性。石墨烯具有2个非常重要的优势,一是石墨烯具有线性能带结构,使得能够吸收太赫兹波;二是石墨烯具有超高载流子迁移率,能够进行超快探测。因此,石墨烯基有望成为太赫兹频段新一代高性能探测器的基质材料。详细综述了近几年关于石墨烯基太赫兹探测器的发展状况。     

室温微测辐射热计太赫兹探测阵列技术研究进展(特邀)

在室温太赫兹探测技术领域中,热敏微桥结构的太赫兹探测器具有探测波段宽、阵列规模大、集成度高、实时成像等显著特点。文中对室温太赫兹探测技术、基于热敏材料的太赫兹探测技术国内外发展现状进行了综述,分析了基于氧化钒薄膜微桥结构的非制冷长波红外焦平面探测技术,存在着太赫兹波低吸收探测性能弱的不足,针对太赫兹波探测进行优化设计,同时介绍了电子科技大学在太赫兹探测阵列吸收结构方面的部分研究工作。