研究人员设计下一代光电探测器

研究人员设计下一代光电探测器

先进的光电探测器可用于夜视、光通信、热成像和医学成像

西北大学的研究人员开发了一种新型量子器件设计方法，利用基于II型超晶格材料的能带结构工程技术，制造出首个基于增益的长波红外（LWIR）光电探测器。

这种新型设计在测试过程中表现出了更强劲的LWIR光电探测能力，将新一代LWIR光电探测器和焦平面阵列成像仪的灵敏度推向新高度。可能会应用于地球学、天文学、遥感、夜视、光通信、热成像和医学成像方面。

主持这项研究的Manijeh Razeghi和Walter P. Murphy是电气和计算机工程学院的教授，他们说：“我们的设计可以满足对超灵敏光电探测器的迫切需求。该架构使用一种独特的II型超晶格材料，该材料优化了LWIR光电探测器，使其能够以低功率，高光学增益和出色的稳定性运行。”

尽管半导体材料和器件方面的进步使得能够捕获LWIR波长的光电检测器取得了显着发展，但最先进的LWIR检测技术仍存在缺陷。许多光电探测器依靠碲镉汞作为半导体，这种材料具有出色的灵敏度和速度，但也会产生低光电流增益和过多的光谱噪声。

Razeghi是西北大学量子器件中心（CQD）的负责人，他使用II型超晶格设计了光电探测器，这种材料系统以生长均匀性和出色的带状结构而闻名，还能够控制材料中的带状间隙没有电子电荷存在的空间。这使得它成为了LWIR系统中碲镉汞的最佳替代半导体。随后，她的团队将新材料应用于异质结光电晶体管器件结构中，这种检测系统稳定性高，但之前仅限于短波和近红外检测。

在测试过程中，II型超晶格使得光电探测器的每个部分都可以被仔细调整，光电晶体管实现高光学增益、低噪声和高检测率。

Razeghi说：“这种材料表现出的灵活性使得基于量子力学的带状结构工程进行细致的异质结构设计，使其成为突破红外检测极限的万能候选者。”

这项研究建立在CQD长期的工作历史基础上，发展和理解用于新应用的量子半导体器件的物理学，例如应用于军事、地球科学和医疗系统。这种新颖的人工量子结构为下一代高增益光电探测器打开了大门，具有单光子探测超灵敏探测能力的高速应用潜力。

参考文献

'Band-structure-engineered High-gain LWIR Photodetector Based on a Type-II Superlattice' by Arash Dehzangi et al: Light: Science and Applications,14th January (2021)

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