江苏大学材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013
采用先低温O2气氛退火，后高温N2气氛退火的两步退火法工艺，探究了两步退火法对化学浴沉积（CBD）制备的多晶硫化铅（PbS）薄膜光电性能的影响。结果表明，相比于一步退火法，两步退火法所得的PbS薄膜具有较大的晶粒尺寸、较少的晶界和良好的光电性能。在两步退火法中，当第二步退火时间为80 min时，PbS薄膜的响应度为2.33 A·W-1，比探测率为1.18×1010 cm·H1/2·W-1，与一步退火法相比分别提高了259%和236%，即两步退火法可以在传统一步退火法的基础上进一步提高PbS红外光电探测器的性能。
薄膜 硫化铅薄膜 退火 化学浴沉积 响应度 比探测率 光学学报
2023, 43(10): 1031001
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术国家重点实验室，上海 200083
2 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
高性能大规模小像元短波红外InGaAs焦平面探测器是新一代航天遥感仪器向高空间分辨率、高能量分辨率、高时间分辨率发展需要的核心器件。文中报道了高密度InGaAs探测器阵列设计与制备，并与匹配的Si-CMOS读出电路倒焊互连形成焦平面的最新研究进展，重点突破了高密度小像素探测器的暗电流和噪声抑制、百万像素焦平面倒焊互连等关键技术，解决了高平整度芯片面形控制、In柱凸点形貌和高度一致性控制、高密度倒焊偏移控制等倒焊新工艺，研制了像元中心距10 μm的2560×2048元焦平面探测器，其峰值探测率优于1.0×1013 cm·Hz1/2/W，响应不均匀性优于3%，有效像元率优于99.7%，动态范围优于120 dB。采用该焦平面进行了实验室演示成像，图片清晰。
InGaAs 焦平面 短波红外 探测率 暗电流 InGaAs focal plane short-wave infrared detectivity dark current 红外与激光工程
2022, 51(3): 20210941
1 北京工业大学 材料与制造学部，北京 100124
2 北京邮电大学 电子工程学院，北京 100876
混合结构的石墨烯/半导体光电晶体管因其超高的响应度而备受关注。然而，该类光电晶体管通过源-漏电极测试得到的比探测率(D*)容易受到1/f噪声的限制。本文制备了混合结构的石墨烯/GaAs光电探测器，通过源-栅电极测得D*大约为1.82×1011 Jones，与通过源-漏电极测量相比，D*提高了约500倍。这可归因于界面上肖特基势垒对载流子俘获和释放过程的屏蔽作用。此外，探测器的上升时间和下降时间分别是4 ms和37 ms，响应速度相应地提高了2个数量级。该工作为制备高比探测率和高速的光电探测器提供了一种新的思路。
石墨烯 光二极管 比探测率 响应速度 graphene photodiode specific detectivity response speed
1 中国科学院上海技术物理研究所 传感技术国家重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室, 上海 200083
短波红外InGaAs 焦平面探测器具有探测率高、均匀性好等优点, 在航天遥感、微光夜视、医疗诊断等领域具有广泛应用。近十年来, 中国科学院上海技术物理研究所围绕高灵敏度常规波长(0.9～1.7 μm)InGaAs焦平面、延伸波长(1.0～2.5 μm)InGaAs焦平面以及新型多功能InGaAs探测器取得了良好进展。在常规波长InGaAs焦平面方面, 从256×1、512×1元等线列向320×256、640×512、4 000×128、1 280×1 024元等多种规格面阵方面发展, 室温暗电流密度优于5 nA/cm2, 室温峰值探测率优于5×1012 cm·Hz1/2/W。在延伸波长InGaAs探测器方面, 发展了高光谱高帧频1 024×256、1 024×512元焦平面, 暗电流密度优于10 nA/cm2和峰值探测率优于5×1011 cm·Hz1/2/W@200 K。在新型多功能InGaAs探测器方面, 发展了一种可见近红外响应的InGaAs探测器, 通过具有阻挡层结构的新型外延材料和片上集成微纳陷光结构, 实现0.4～1.7 μm宽谱段响应, 研制的320×256、640×512焦平面组件的量子效率达到40%@0.5 m、80%@0.8 m、90%@1.55 m; 发展了片上集成亚波长金属光栅的InGaAs偏振探测器, 其在0 °、45 °、90 °、135 °的消光比优于20:1。
焦平面 短波红外 暗电流 探测率 InGaAs InGaAs FPAs SWIR dark current detectivity 红外与激光工程
2020, 49(1): 0103006
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
选取光电倍增结构探测器, 在聚(3-己基噻吩)(P3HT)∶［6,6］-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)中掺入小比例碳60(C60)作电子陷阱, 研究了在陷阱辅助作用下引入阴极空穴隧穿注入产生光电倍增的机理以及C60浓度对器件光电性能的影响.当电子陷阱C60浓度为1.5 wt.%时, －0.5 V偏压下探测器在波长为455 nm、光功率为0.21 mW·cm－2光照下外量子效率为436.4%, 响应度为1.62 A·W－1, 比探测率为2.21×1013 Jones, 线性动态范围约为100 dB.光照下部分光生电子被活性层中的陷阱俘获, 特别是在靠近阴极Al处的电子积累, 将诱导阴极空穴隧穿注入, 结合利用体异质结探测器低工作电压的优势, 可大幅提高光电流, 从而获得低工作电压、高比探测率的探测器.
有机光电探测器 光电倍增 电子陷阱 空穴隧穿注入 比探测率 Organic photodetectors Photomultiplication Electron trap Hole tunneling injection Detectivity 光子学报
2018, 47(10): 1004002
西安理工大学 自动化与信息工程学院, 西安 710048
为实现有机光电探测器对三基色(红、绿、蓝)的全响应以及器件性能的改善, 研究了在聚(3-己基噻吩)(P3HT)∶［6,6］-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)活性层中, 掺入窄带隙材料(4,8-双-(2-乙基己氧基)-苯并［1,2-b: 4,5-b′］二噻吩)-(4-氟代噻并［3,4-b］噻吩)(PBDT-TT-F)实现光谱拓宽以及通过提高阳极修饰层电子注入势垒来降低暗电流, 改善探测器性能的方法, 研究了PBDT-TT-F掺杂浓度以及修饰层厚度对探测器光电学性能的影响规律.在此基础上, 获得了一个覆盖400~750 nm波长范围的探测器, 并且在低偏压－1 V下三基色的线性动态范围和比探测率分别达到了81、80、81 dB和2.7×1012、2.0×1012、2.6×1012 Jones.结果表明: 在保持原有二相体异质结薄膜的微观形貌和电学特性前提下, 掺入13 wt.%少量光谱拓宽材料可实现活性层的光谱拓宽.采用合适厚度的三氧化钼(MoO3)层替换原有的聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)阳极修饰层, 可使探测器的三基色线性动态范围和比探测率大幅提高.该研究为研发宽光谱高探测率三基色有机光电探测器提供了一种新思路.
有机光电探测器 三相体异质结 宽光谱 阳极缓冲层 比探测率 Organic photodetector Tri-phase bulk hetrojunction Broadband Anode buffer layer Detectivity 光子学报
2018, 47(11): 1123002
在点目标探测模型中，目标的形状纹理信息丢失，可用特征少，背景杂波对目标检测造成严重干扰。传统分块方差统计法会引入背景低频波动，使杂波偏大，而且杂波度量值随分块单元尺度变化较大。本文提出一种基于匹配滤波的杂波量化改进方法，首先以点目标像斑分布为模板，对背景图像进行匹配滤波，得到互相关矩阵；然后将高相关性区域标记为杂波重点区域，计算方差作为局部杂波，取局部杂波的均方根作为全局背景杂波。该方法突出了对空间杂波区域的选择性，能有效降低背景低频波动和传统分块尺度对杂波的影响。对遥感图像样本进行杂波量化和点目标检出仿真，结果表明本文方法对杂波统计尺度有很好的稳定性，杂波量化与探测率的相关性高于传统方差统计方法。
杂波量化 点目标探测 像斑分布 匹配滤波器 探测率 clutter assessment point target detection speckle distribution matching filter probability of detection
北京工业大学 电子信息与控制工程学院，光电子技术省部共建教育部重点实验室，北京 100124
基于碰撞离化理论研究设计了In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As电子倍增超晶格结构雪崩光电二极管，使用MOCVD外延得到实验片，经过工艺流片后进行封装测试。测试结果显示，具有超晶格雪崩区的电子倍增型APD器件，其暗电流可以控制在纳安级，光电流增益达到140，证明具有超晶格雪崩区的电子倍增型雪崩光电二极管具有很好的光电探测性能。
超晶格结构雪崩光电二极管 离化率 信噪比 探测率 super-lattice avalanche photodiode ionization rate signal to noise ratio detectivity
根据红外光子探测器的基本工作原理，分析了光电探测器性能的基本物理机理限制，推导了背景辐射的光子噪声限制下的比探测率。对背景限制下的比探测率随探测器截止波长、背景温度的变化进行了理论计算。对计算结果进行了理论分析，并作出了相应总结。最后提出了提高背景限制下比探测率的方法。
光子探测器 光子噪声 比探测率 photon detector photon noise normalized detectivity
