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。     

局域场增强石墨烯近红外光电探测器（特邀）

近红外光电探测器在夜视监控、生物医学、环境监测等诸多领域有广泛应用。由于二维石墨烯材料具有独特性质（零带隙结构、高载流子迁移率、功函数可调）使其在红外探测领域具有巨大潜质。为了充分利用石墨烯的优势,并克服其吸收率低、暗电流噪声大的不足,研究者利用局域场调控设计混合结构以提高红外探测器性能。文中总结了局域场增强石墨烯近红外光电探测器的研究成果,介绍了单吸收层局域场增强器件并分析基于不同类型感光材料器件的优缺点,进一步介绍了双吸收层局域场增强器件,对笔者所做的双吸收层器件中电流极性等相关研究进行了简述。最后对局域场增强探测器相关功能拓展领域研究进行了简介,对该类器件的发展趋势进行了简要的总结和展望。     

高增益红外单光子探测技术研究进展（特邀）

超灵敏单光子探测是光量子信息和量子调控领域发展的关键技术,实现高效率、超灵敏、低功耗以及低成本的单光子探测具有重要的科学意义和应用价值。与可见光波段的Si基单光子探测器相比,红外响应单光子探测器目前在成本和性能方面都存在较大差距,探索基于新材料和新机制的红外单光子探测技术是光电探测领域发展的迫切需求。近年来,低维材料由于其独特的物化性质,为研制高增益、室温工作和宽波段响应的探测器提供了新的可能,高性能低维材料光电探测技术也成为了当前红外探测领域的研究热点。文中首先回顾了传统雪崩类半导体红外光电探测器的基本原理,在此基础上,介绍了基于新型低维材料的雪崩机制光电探测技术的最新进展,之后讨论了光诱导栅压效应型光电探测器件的新型光增益放大机制,并描述了在该工作机制下相关低维材料红外探测器的基本结构和性能表现。最后展望了高增益红外单光子探测技术的未来发展方向和面临的挑战。     

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。     

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。     

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。     

基于二维半导体材料光电器件的研究进展

近年来,二维半导体材料因其独特的晶体结构和优良的电子、光电特性吸引了众多科研人员的关注。利用这些材料作为有源沟道,制备出了许多新颖的器件结构,性能较传统器件有很大的提升。在各种器件应用中,基于二维材料的光电探测器由于能够实现红外及太赫兹波段的光探测,得到了最为广泛的研究。综述了近年来二维材料在光电器件领域的应用,介绍了光电探测器的主要参数,从电极制备、异质结构筑、量子点和分子掺杂、表面等离激元耦合以及界面屏蔽5方面介绍了目前在二维材料中调控光电性能的方法,对已有方法进行了总结,并且对未来的发展进行了讨论。     

半导体纳米线红外探测研究进展（特邀）

近年来,红外探测器由于其在军民领域广阔的应用前景已经受到了越来越多的关注。为了进一步实现室温宽谱段、高灵敏度、快速响应以及低功耗的红外探测器,低维半导体作为极具潜力的新型沟道材料得到了广泛的研究。其中,纳米线有着独特的电学与光电特性,当被应用到红外光电探测器中时,展现出了巨大的优势,例如尺寸小、功耗低、光吸收效率高、表面态丰富、易于光电子分离与收集以及与传统硅基工艺兼容等等。当前,对于纳米线红外探测器的研究一直在进行中并不断取得突破。文中主要概述了纳米线在红外光电探测领域的最新研究进展,介绍了半导体纳米线的基本特性、材料选择和制备方法,展示了多种二元与三元化合物半导体中已实现红外探测的纳米线材料及其当前研究达到的探测水平,并且分类总结了多种进一步提高光电探测性能的方法,包括异质结合、外场调控、器件集成等,随后针对不同构型纳米线红外探测器的优缺点,进行了简要的对比与说明,最后基于该领域仍然面临的挑战对其未来的发展方向进行了展望,并为其技术发展路线提出了初步的建议。     

二维层状材料异质结光电探测器研究进展（特邀）

自石墨烯时代以来,具有独特物理、化学和光电特性的二维层状材料(Two-Dimensional Layered Materials,2DLMs)得到了国内外科研人员的广泛关注。2DLMs因其种类的多样化与带隙的层数依赖性,光谱响应范围覆盖了紫外到红外辐射的极宽波段,具有应用于新一代光电探测器件的潜力。此外,2DLMs不受晶格匹配的限制,能以范德瓦尔斯力(Van der Waals,vdWs)与其他维度材料如体材料、纳米线和量子点等结合,制备得到性能独特且优异的复合结构器件。文中概述了几种应用在光电探测器领域的新型2DLMs异质结光电探测器的研究进展,主要包括基于二硒化钨(WSe₂)、黑砷磷(AsP)、三硫化铌(NbS₃)、二硒化钯(PbSe₂)等异质结光电探测器,这些异质结光电探测器在异质结器件结构设计与新型二维半导体工艺技术应用方面做出了创新,在器件增益、结整流比、响应速度与波长探测范围等多个重要器件性能方面获得了突破性的研究成果。同时,文中还简要分析了这类器件研究当前所面临的挑战,并对其未来的发展方向进行了展望。     

低维半导体异质结构光电探测材料及器件验证

面向国家"战略性先进电子材料"的发展目标,以国家重大战略需求,如全球气候观测、农林普查、国土资源探测、环境监测、深空探测和天文观测等领域的技术发展中面临的光探测器瓶颈问题为突破口,瞄准半导体材料及其光探测器正在朝全光谱覆盖、大面阵、高灵敏等方向快速发展的国际态势,开展低维半导体异质结构材料与光电器件研究,发展该体系材料人工设计精细调控的关键技术,推动多波段多种类型的光电探测器技术进步,促进我国经济、社会、国家安全及科学技术的发展.     

晶圆低温直接键合技术研究进展

晶圆低温直接键合技术与传统键合方式相比具有对晶片及器件损伤小、无中介层污染、无需外部电场辅助等优势,在功率型半导体光电及电力电子器件、大功率固体激光器、MEMS、光电集成等领域具有巨大的应用潜力.文章从低温直接键合技术的发展历程入手,重点介绍了湿法疏水键合、湿法亲水键合和等离子体活化键合的物理化学机制.系统阐述了低温直接键合的工艺流程和键合强度的表征方法,探讨了低温直接键合的技术发展趋势,并对低温直接键合工艺的改善和创新应用拓展进行了展望.     

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。     

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。     

面向监视侦查的光电探测场景仿真系统总体设计

现有仿真设计软件功能还难以满足空天地一体化光电探测系统总体设计的需求,迫切需要开发一套光电探测场景仿真设计软件。通过对光电探测场景组成要素、探测链路与任务模式的分析,规划了仿真系统结构、功能与关键技术,设计了面向对象的数据结构属性方法与仿真计算流程,在VS2010+QT5.4环境下开发了光电探测场景仿真系统的基础版本。给出了美国STSS天基红外监视系统中段目标探测任务仿真实例计算结果和笔者团队的光电探测仿真技术主要应用成果。     

中红外半导体激光器合束技术研究进展(特邀)

中红外半导体激光器体积小、效率高,在环境检测、空间通讯及军事国防等领域具有重要的应用前景。但是中红外半导体激光器单元器件输出功率低,限制了其在以上领域的应用。激光合束技术是能够实现中红外半导体激光器功率提升的重要途径。文中详细介绍了几种用于中红外半导体激光器的合束方法及中红外半导体激光器合束方面的最新进展。     

Photoelectric fields in semiconductors under strong excitation

Photoelectric fields induced in semiconductors with nonuniform impurity profiles cancel the built-in electric field. In the case of strong photoexcitation, the maximum open-circuit voltage approaches the internal built-in potential difference due to the impurity gradient between the ohmic contact probes on the semiconductor slice.     

基于光热载流子调控的二维材料红外与太赫兹探测器研究进展

红外和太赫兹具有非常广阔的应用前景,在光谱学、成像、无线通信和遥感等领域发挥着越来越重要的作用。但是,由于红外、太赫兹波段的光子能量低,相关的探测遇到很大困难,所以实现高灵敏、高速和高稳定性的红外太赫兹探测是一个具有挑战性的工作。二维材料由于其高迁移率、带隙可调和表面悬挂键少等特点为红外太赫兹探测提供了新的机遇。基于光热载流子调控的二维材料红外、太赫兹探测器的发展方兴未艾。文中主要介绍了目前基于光热载流子调控的红外、太赫兹探测器的最新研究进展,将从材料、器件结构、响应波段和响应机理等方面展开。