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南京大學在超弱紅外光探測方面獲突破進展
2025年06月12日 14:31:57
來源：化工儀器網 點擊量：4283
南京大學王肖沐教授和王軍轉教授通過設計遂穿結光電場效應晶體管，創(chuàng)新地提出基于陡坡效應的光電晶體管，這一突破重新定義了光電探測器的靈敏度標準。
近日，南京大學科研團隊在超弱紅外光探測領域取得了顯著進展，這一突破重新定義了光電探測器的靈敏度標準。這項研究不僅為紅外光探測技術的發(fā)展提供了新的方向，也為相關領域的科學研究和實際應用帶來了新的可能。
南京大學王肖沐教授和王軍轉教授通過設計遂穿結光電場效應晶體管，創(chuàng)新地提出基于陡坡效應的光電晶體管(steep-slopephototransistors)，即通過降低亞閾值擺幅提升紅外極限弱光探測探測能力的方法，突破了常規(guī)只采用比探測率定義探測器的探測極限的標準，并在實驗上取得突破性進展。
在現代科技領域，高效靈敏的紅外光檢測技術在夜視、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療成像和通信等應用中具有關鍵作用。傳統紅外探測器通常采用比探測率(D*)和等效噪聲功率(NEP)作為性能評價指標，然而在器件工作在非線性面對極弱光信號時，由于器件受到熱擾動帶來的所謂‘Boltzmanntyranny’的限制，往往需要先填充器件量子電容，從而降低載流子傳輸的勢壘，嚴重制約了其在弱光探測中的應用性能。
針對這一技術瓶頸，科研團隊提出創(chuàng)新解決方案，開發(fā)出隧穿結的場效應器件結構(TFET)。該器件利用隧穿效應實現小亞閾值擺幅(SS)，顯著提升了光生載流子的收集效率，使弱光探測能力較傳統器件提升30倍以上，取得了突破性進展。
研究團隊采用窄禁帶的黑磷作為探測器工作物質，通過創(chuàng)新性地分區(qū)柵控構造隧穿結的場效應器件結構，相比于傳統的場效應晶體管(CFET)，隨著載流子濃度增加，遂穿結更容易實現對載流子的抽取和收集，這樣就對應更陡直更小的SS。通過測量器件變溫輸運曲線，分別提取了不同溫度下的SS，證實了亞閾值區(qū)域TFET帶間遂穿主導的工作模式，大大降低了SS。進一步研究了亞閾值擺幅(SS)與開啟閾值的關聯性，得到了探測閾值光功率基本和SS成正比的關系，實現了超弱紅外光信號的高效捕獲與轉換，80K溫度下，最低探測功率為35pW。這一突破性進展為紅外探測技術的發(fā)展開辟了新途徑，在微弱信號檢測領域展現出重要應用價值。
南京大學在超弱紅外光探測方面的這一重要進展，為光電探測器的靈敏度標準樹立了新的標桿。相信在未來，隨著這項技術的進一步完善和推廣，將在科學研究和實際應用中發(fā)揮更大的作用，為推動相關領域的發(fā)展做出更大貢獻。
素材來源：南京大學
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