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快速热释电探测器

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快速热释电探测器相关的资讯

  • 超快高敏光电探测器问世 用于安检及生化武器探测
    据物理学家组织网6月4日报道,美国马里兰大学纳米物理和先进材料中心的研究人员开发出一种新型热电子辐射热测量计,这种红外光敏探测器能广泛应用于生化武器的远距离探测、机场安检扫描仪等安全成像技术领域,并促进对于宇宙结构的研究等。相关研究报告发表在6月3日出版的《自然纳米技术》杂志上。  科学家利用双层石墨烯研发了这款辐射热测量计。石墨烯具有完全零能耗的带隙,因此其能吸收任何能量形式的光子,特别是能量极低的光子,如太赫兹或红外及亚毫米波等。所谓光子带隙是指某一频率范围的波不能在此周期性结构中传播,即这种结构本身存在“禁带”。光子带隙结构能使某些波段的电磁波完全不能在其中传播,于是在频谱上形成带隙。  而石墨烯的另一特性也使其十分适合作为光子吸收器:吸收能量的电子仍能保持自身的高效,不会因为材料原子的振动而损失能量。同时,这一特性还使得石墨烯具有极低的电阻。研究人员正是基于石墨烯的这两种特性设计出了热电子辐射热测量计,它能通过测量电阻的变化而工作,这种变化是由电子吸光之后自身变热所致。  通常来说,石墨烯的电阻几乎不受温度的影响,并不适用于辐射热测量计。因此研究人员采用了一种特别的技巧:当双层石墨烯暴露于电场时,其具有一个大小适中的带隙,既可将电阻和温度联系起来,又可保持其吸收低能量红外光子的能力。  研究人员发现,在5开氏度的情况下,新型辐射热测量计可达到与现有辐射热测量计同等的灵敏度,但速度可增快1000多倍。他们推测其可在更低的温度下,超越目前所有的探测技术。  新装置作为快速、敏感、低噪声的亚毫米波探测器尤具前景。亚毫米波的光子由相对凉爽的星际分子所发出,因此很难被探测到。通过观察这些星际分子云,天文学家能够研究恒星和星系形成的早期阶段。而敏感的亚毫米波探测器能帮助构建新的天文台,确定十分遥远的年轻星系的红移和质量,从而推进有关暗能量和宇宙结构发展的研究。  虽然一些挑战仍然存在,比如双层石墨烯只能吸收很少部分的入射光,这使得新型辐射热测量计要比使用其他材料的类似设备具备更高的电阻,因而很难在高频下正常工作,但研究人员称,他们正在努力改进自身的设计以克服上述困难,其亦对石墨烯作为光电探测材料的光明前景抱有极大信心。
  • 华南理工研制新型有机半导体红外光电探测器,性能超越传统近红外探测器
    随着近红外(NIR)和短波红外(SWIR)光谱在人工智能驱动技术(如机器人、自动驾驶汽车、增强现实/虚拟现实以及3D人脸识别)中的广泛应用,市场对高计数、低成本焦平面阵列的需求日益增长。传统短波红外光电二极管主要基于InGaAs或锗(Ge)晶体,其制造工艺复杂、器件暗电流大。有机半导体是一种可行的替代品,其制造工艺更简单且光学特性可调谐。据麦姆斯咨询报道,近日,华南理工大学的研究团队研制出基于有机半导体的新型红外光电探测器。这项技术有望彻底改变成像技术,该有机光电二极管在近紫外到短波红外的宽波段内均优于传统无机探测器。这项研究成果以“Infrared Photodetectors and Image Arrays Made with Organic Semiconductors”为题发表在Chinese Journal of Polymer Science期刊上。研究团队采用窄带隙聚合物半导体制造薄膜光电二极管,该器件探测范围涵盖红外波段。这种新技术的成本仅为传统无机光电探测器的一小部分,但其性能可与传统无机光电探测器(如InGaAs光电探测器)相媲美。研究人员将更大的杂原子、不规则的骨架与侧链上更长的分支位置结合起来,创造出光谱响应范围涵盖近紫外到短波红外波段的聚合物半导体(PPCPD),并制造出基于PPCPD的光电探测器,相关性能结果如图1所示。图1 基于PPCPD的光电探测器性能在特定探测率方面,该器件与基于InGaAs的探测器相比具有竞争力,在1.15 μm波长上的探测率可达5.55 × 10¹² Jones。该有机光电探测器的显著特征是,当其集成到高像素密度图像传感器阵列时,无需在传感层中进行像素级图案化。这种集成制造工艺显著简化了制备流程,大幅降低了成本。图2 短波红外成像系统及成像示例华南理工大学教授、发光材料与器件国家重点实验室副主任黄飞教授表示:“我们开发的有机光电探测器标志着高性价比、高性能的红外成像技术的发展向前迈出了关键的一步。与传统无机光电二极管相比,有机器件具有适应性和可扩展性,其潜在应用范围还包括工业机器人和医疗诊断领域。”该新型有机光电探测器有望对各行各业产生重大影响。它们为监控和安全领域的成像系统提供了更为经济的选择。未来,基于有机技术的医疗成像设备有望更加普及,价格也会更加合理,从而在医疗环境中实现更全面的应用。该器件的适应性和可扩展性还为尖端机器人和人工智能等领域的应用铺平道路。这项研究得到了国家自然科学基金(编号:U21A6002和51933003)和广东省基础与应用基础研究重大项目(编号:2019B030302007)的资助。论文链接:https://doi.org/10.1007/s10118-023-2973-8
  • “活字印刷式”光电探测器阵列,实现多通道超构红外成像
    受神经形态计算并行处理能力的启发,多通道超构成像(meta-imaging)在成像系统的分辨率增强和边缘识别方面取得了相当大的进步,甚至扩展到中远红外光谱。目前典型的多通道红外成像系统由分离的光栅或合并的多个相机构成,这需要复杂的电路设计和巨大的功耗,阻碍了先进的类人眼成像器的实现。近期,由成都大学郭俊雄特聘研究员、清华大学Yu Liu、电子科技大学黄文教授和北京师范大学张金星教授领导的科研团队开发了一种由铁电超畴(superdomain)驱动的可打印石墨烯等离子体光电探测器阵列,用于具有增强边缘识别能力的多通道超构红外成像。通过直接重新调整铁电超畴而不是重建分离光栅,所制造的光电探测器在零偏压下表现出多光谱响应。与单通道探测器相比,研究人员所开发的多通道红外成像技术表现出更强和更快的形状分类(98.1%)和边缘检测(98.2%)。研究人员开发的概念验证光电探测器阵列简化了多通道红外成像系统,并为人脑型机器视觉中的高效边缘检测提供了潜在的解决方案。相关研究成果以“Type-printable photodetector arrays for multichannel meta-infrared imaging”为题发表在Nature Communications期刊上。基于“活字印刷式”多通道光电探测器阵列的红外成像使用铁电超畴打印的光电探测器的多通道超构红外成像技术方案如上图所示。与多个相机的合并不同,所提出的超构成像的像素点被设计为使用通过“活字印刷式”探测器实施的单个孔径实现并行多通道。通过将单层石墨烯和具有纳米级宽度条纹超畴的BiFeO₃ (BFO)薄膜集成,研究人员开发了一种简单的双端零偏压多通道阵列(MCA)探测器,用于超构红外成像。基于拉曼信号的载流子密度空间监测表明,通过重新调整铁电超畴可以实现石墨烯导电性的非均匀图案化。当工作在零偏压和室温下时,所开发的器件阵列在中红外区域表现出可调谐的透射光谱和选择性响应。“活字印刷式”等离子体光电探测器的制造和架构为了验证这种可打印架构的性能,研究人员通过重新调整铁电畴宽度(对应于活字印刷技术的排版过程)在同一BFO薄膜上制作了一个器件阵列。研究人员重点研究了石墨烯/ BFO超畴(不同宽度)混合结构的光谱响应。所开发的光电探测器实现了约30 mA W⁻ ¹ 的增强响应度和10⁹ Jones数量级的比探测率(D*)。“活字印刷式”光电探测器阵列的表征重要的是,研究人员展示了MCA光电探测器在红外成像应用中的集成,与单通道阵列(SCA)探测器相比,显示出对整体目标形状和边缘检测的更高识别精度,以及更快的训练和识别速度。“活字印刷式”探测器在手势红外成像和识别中的应用总而言之,通过将单层石墨烯和具有纳米级宽条纹超畴的BFO薄膜集成,研究人员开发了一种可打印的光电探测器阵列,证明了这种类型的器件阵列是为多通道超构红外成像应用而设计的,并实现了增强的边缘检测。所开发的可打印光电探测器在零偏压下工作,在室温下表现出约30 mA W⁻ ¹ 的高响应度。这可以归因于石墨烯等离子体与入射光的共振耦合。此外,器件阵列在中红外区域表现出选择性响应,这是通过在环境条件下直接重新调整BFO超畴宽度实现的。这项研究证明,通过在纳米尺度上改变铁电畴可精确控制石墨烯载流子密度。与依赖复杂纳米制造技术的传统器件相比,石墨烯片与不同衬底的兼容性提供了多种优势。此外,该研究还证明了MCA探测器可以增强红外成像中的形状和边缘检测。这些特性使得未来具有简单的电路设计和低功耗的集成光电子平台成为可能。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-49592-4
  • 可调谐红外双波段光电探测器,助力多光谱探测发展
    红外双波段光电探测器是重要的多光谱探测器件,特别是近红外/短波红外区域,相较于可见光有更强的穿透能力,相较于中波红外可以以较低的损耗识别冷背景的物体,因此广泛应用于民用和军事领域。当前红外双波段探测器主要面临光谱不可调谐,器件结构复杂而不易与读出集成电路相结合的挑战。据麦姆斯咨询报道,近日,合肥工业大学先进半导体器件与光电集成团队在光电子器件领域取得重要进展,研究团队研发了一种光谱可调谐的近红外/短波红外双波段探测器,相关研究成果以“Bias-Selectable Si Nanowires/PbS Nanocrystalline Film n–n Heterojunction for NIR/SWIR Dual-Band Photodetection”为题,发表于《先进功能材料》(Advanced Functional Materials, 2023: 2214996.)。第一作者为许晨镐,通讯作者为罗林保教授,主要从事新型高性能半导体光电子器件及相关光电集成技术方面的研究工作。该研究使用溶液法制备了硅纳米线/硫化铅异质结光电探测器(如图1(a)),工艺简单,成功将硅基探测器的光谱响应拓宽到2000 nm。基于有限元分析法的COMSOL软件分析表明,一方面,有序的硅纳米线阵列具有较大的器件面积,提升了载流子的输运能力,且纳米线阵列具有较好的周期性,入射光可以在纳米线结构之间连续反射,产生典型的陷光效应。另一方面,小尺寸的纳米线阵列可以看作是微型谐振器,可以形成HE₁ₘ谐振模式,增强特定入射光的光吸收。通过调制外加偏压的极性,器件可以实现近红外/短波红外双波段探测、近红外单波段探测、短波红外单波段探测三种探测模式的切换。器件还具有较高的灵敏度,在2000 nm光照下的探测率高达2.4 × 10¹⁰ Jones,高于多数短波红外探测器。图1 双波段红外探测器结构图及相关仿真和实验结果图2 偏压可调的近红外/短波红外双波段探测及探测率随光强的变化曲线此外,该研究还搭建了单像素光电成像系统(如图3(a)),在2000 nm光照下,当施加-0.15 V和0.15 V偏压时,该器件能对一个简单的英文字母实现成像。但是不施加偏压时,缺无法清晰成像。这表明只需要对器件施加一个小的偏置电压时,就可以将成像系统的工作区域从近红外调整到短波红外,具有较高的灵活性。图3 光电成像系统及成像结果这项研究得到了国家自然科学基金、安徽省重点研发计划、中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。
  • 滨松IVD用光电探测器大集合,看看都来了谁?
    体外诊断近年在医疗领域成为一大热点,据《中国医药健康蓝皮书》数据,2019年我国体外诊断产品市场规模就可达到723亿元。自2014年起,年均复合增长率高达18.7%。本次中国检验医学暨输血仪器试剂博览会也是在这样的热潮下,于2016年3月7日至9日在西安曲江国际会展中心召开。本次展会,滨松中国展出了可应用于生化分析、血液分析、分子诊断、免疫分析等热门应用的光电探测器、光源等核心光电元器件产品,其中化学发光相关产品受到热捧。另外本次展现的“模块化”和“硅光电倍增管”两个概念,也吸引了大量专业观众的注意。下面,我们就先通过一个3分钟视频,快速了解一下滨松应用在IVD中的明星产品吧!滨松中国展台所谓“模块化”,及本次滨松中国重点出展了光电倍增管模块系列产品。光电倍增管模块基本上集成了光电倍增管、高压电源和分压器电路三部分,除此之外也包括一系列其他功能的模块,比如信号处理、制冷和连接到电脑的接口电路。这样的设计,更加方便仪器的开发,由此可缩短仪器的研发时间。另外,作为一颗冉冉升起的的光电半导体探测新星,MPPC也在本次展会中崭露头角。MPPC即硅光电倍增管,其是由多个工作在盖格模式的APD像素组成的光子计数产品。本次滨松首次在国内展出了最新推出的S13360系列,不同性能、封装和成本的产品,可为仪器研发的不同阶段的需求,提供最为合适的选择。中国体外诊断事业正红火发展,而大浪淘沙之中,体外诊断仪器如何达到更高的行业要求?如何应对更广泛的市场需求?如何才能成为更好的“实力派”?这种种的问题,都需从核心探测力,这最关键的第一步出发,滨松中国将和中国体外诊断事业一路同行,成为中国众多体外诊断仪器研发制造者的忠实伙伴,为行业的明天提供更好的支持。
  • Science:具有超过500吉赫兹带宽的超材料石墨烯光电探测器
    01. 导读石墨烯已经实现了许多最初预测的特性,并且正朝着市场迈进。然而,尽管预测的市场影响巨大,基于石墨烯的高性能电子和光子学仍然落后。尽管如此,已经报道了一些令人印象深刻的光电子器件演示,涉及调制器、混频器和光电探测器(PDs),特别是利用石墨烯的高载流子迁移率、可调电学特性和相对容易集成的石墨烯光电探测器已经得到了证明,例如展示了利用光增益效应的高响应度或超过100 GHz的带宽。从紫外线到远红外线之间,尽管石墨烯几乎具有均匀吸收特性,但其相对低的吸收率约为2.3%,这是其中一个主要挑战。因此,大多数速度最快、性能最佳的探测器都是在硅或硅化物等光子集成电路(PIC)平台上进行演示的。通过石墨烯的电场的平行传播,可以提供更长的相互作用长度,从而增加吸收率。通过使用等离子体增强技术,甚至可以实现更短和更敏感的探测器。尽管在光子集成电路上使用石墨烯已经展示了多种功能应用,但光子集成电路的整合也有其代价。光子集成电路的整合限制了可访问的波长范围,无论是由于波导材料(如Si)的透明度限制,还是由于集成光学电路元件(如光栅耦合器、分光器等)的有限带宽。此外,光子集成电路的整合对偏振依赖性和占地面积都有一定的限制,这是由于访问波导的原因。光子集成电路的模式和等离子体增强也意味着所有光线只与石墨烯的一个非常有限的体积相互作用,导致早期饱和的发生,有效地将最大可提取的光电流限制在微安级别。作为一种替代方案,可以直接从自由空间垂直照射石墨烯。这种方法可以充分利用石墨烯的光电检测能力,而不会受到所选择光子平台的限制。然而,这需要一种结构来有效增强石墨烯的吸收。此外,由于器件尺寸较大,对整体器件几何结构和接触方案的额外考虑更加关键。尽管如此,已经证明即使是与自由空间耦合的石墨烯探测器也可以达到超过40 GHz的带宽。由于没有光子集成电路的一些约束,整体效率不会受到耦合方案的影响,而且其他属性,如不同波长和偏振,现在也可以自由访问。例如,最近利用任意偏振方向来演示了中红外区域的极化解析检测中的定向光电流。石墨烯提供了多种物理检测效应:与传统的光电探测器(如PIN光电二极管或玻璃热计)只使用一种特定的检测机制不同,石墨烯探测器具有多种不同的检测机制,例如基于载流子的机制[光电导(PC)和光伏(PV)],热机制[玻璃热(BOL)和光热电(PTE)],或者增益介质辅助的机制。最近的器件演示已经朝着光热电复合操作的方向推进,以克服依赖偏置检测机制时的高暗电流问题。对石墨烯的时间分辨光谱测量表明,载流子动力学可以实现超过300 GHz的热和基于载流子的石墨烯光电探测器。对于设计高速、高效的石墨烯光电探测器来说,目前仍不清楚哪种直接检测机制(PV、PC、BOL或PTE)可以实现最高的带宽,并且这些效应中的许多效应可以同时存在于一个器件中,使得专门的设计变得困难。02. 成果掠影鉴于此,瑞士苏黎世联邦理工学院电磁场研究所Stefan M. Koepfli报道了一种零偏置的石墨烯光电探测器,其电光带宽超过500 GHz。我们的器件在环境条件下可以覆盖超过200 nm的大波长范围,并可适应各种不同的中心波长,从小于1400 nm到大于4200 nm。材料完美吸收层提供共振增强效应,同时充当电接触,并引入P-N掺杂,实现高效快速的载流子提取。光可以通过标准单模光纤直接耦合到探测器上。直接的自由空间耦合使光功率可以分布,导致高于100 mW的饱和功率和超过1 W的损伤阈值。该探测器已经经过高速操作测试,最高速率可达132 Gbit/s,采用两电平脉冲幅度调制格式(PAM-2)。多层结构几乎可以独立于基底进行加工处理,为成本效益高的技术奠定了基础,该技术可以实现与电子器件的紧密单片集成。我们进一步展示了该方法的多样性,通过调整超材料的几何形状,使其在中红外波长范围内工作,从而在原本缺乏此类探测器的范围内提供高速和成本效益高的探测器。因此,这种新型传感器为通信和感知应用提供了机会。相关研究成果以“Metamaterial graphene photodetector with bandwidth exceeding 500 gigahertz”为题,发表在顶级期刊《Science》上。03. 核心创新点本文的核心创新点包括:1. 基于图形石墨烯的光电探测器:本文提出了一种利用单层石墨烯的光电探测器。与传统的光电二极管或波尔计可以利用一种特定的探测机制不同,图形石墨烯探测器具有多种不同的探测机制,包括载流子机制、热机制和增益介质辅助机制。2. 电光带宽:本文展示了具有大于500 GHz的电光带宽的图形石墨烯探测器。这意味着该探测器能够高速响应光信号,适用于高速通信和数据传输。3. 多波段操作和宽光谱范围:图形石墨烯探测器能够在多个波段上工作,并且具有超过200 nm的宽光谱范围。这使得该探测器在通信和传感等领域具有广泛的应用潜力。4. 自由空间耦合和紧凑集成:本文展示了通过自由空间耦合的方式将光信号直接耦合到探测器中,避免了光子集成电路中的限制,并且实现了紧凑的集成。这使得探测器具有更好的灵活性和可扩展性。5. 高饱和功率和低压操作:图形石墨烯探测器具有高饱和功率,能够抵消响应度的影响。此外,它还能在低电压范围内进行操作,与CMOS技术兼容,使得探测器具有更低的功耗和更好的性能。04. 数据概览图1. 间隔式石墨烯超材料光电探测器的艺术视角。(A)从顶部直接通过单模光纤照射器件的艺术化表现。(B)器件结构的可视化。光电探测器由金反射层背板、氧化铝间隔层、单层石墨烯和相连的偶极子谐振器组成。金属线具有交替的接触金属,由银或金制成。然后,该结构由氧化铝钝化层封顶。图2. 制备的器件和模拟的光学和电子行为。(A至D)所提出的超材料石墨烯光电探测器(钝化前)的扫描电子显微图,放大倍数不同。显微图展示了从电信号线到活动区域再到谐振器元件的器件结构。在(D)中显示了四个单元格(每个单元格大小为1 mm × 1 mm),位于x和y坐标系中。比例尺分别为50mm(A),5 mm(B)和1 mm(C)。(E至G)同一单元格的模拟光学和静电行为。图(E)中展示了电磁场分布下的偶极子天线行为,图(F)中展示了相应的吸收分布。大部分吸收都集中在偶极子谐振器附近。图(G)中展示的模拟接触金属引起的电势偏移显示了由于交替接触金属而引起的P-N掺杂。沿着每种模拟类型((E)至(G))的中心线(y = 1000 nm)的横截面位于每个面板的底部,显示光学信号和掺杂在接触区域附近最强。图3. 用于电信波长的器件性能。(A)用光学显微镜拍摄的器件在与电子探针接触时的顶视图(顶部)和侧视图(底部)图像。图像显示了与单模光纤的直接光学耦合。DC表示直流,RF表示射频。(B)归一化的光电响应随照射波长变化的曲线图,显示了共振增强和宽带工作。FWHM表示半峰全宽。(C)光输入功率变化范围内提取的光电流,范围跨越了五个数量级(黑线)。蓝线对应于器件上的光功率(Int.),而黑线对应于单模光纤输出的功率(Ext.)。响应度分别为Rext = 0.75 mA/W和Rint = 1.57 mA/W。(D)石墨烯光电探测器在2至500 GHz范围内的归一化频率响应。测量结果显示平坦的响应,没有滚降行为。WR代表波导矩形。(E)不同射频音调下的归一化射频响应随栅压的变化。发现理想的栅压在-2.5 ±1 V附近,使得响应平坦,这对应于轻微的P掺杂,可以从底部的电阻曲线中看出。电阻曲线进一步显示靠近0 V的狄拉克点和非常小的滞后行为(在图S2中进一步可视化)。(F)测量栅电压范围的相应模拟电势剖面,显示了理想的栅电压(以红色突出显示),对应于两个接触电平中心处的掺杂。图4. 光谱可调性和多共振结构。(A至C)模拟(A)和测量(B)不同元件共振器长度的光谱吸收,展示了元件结构的可调性。图中给出了四个示例的极化无关设计的扫描电子显微镜图像(C),其中颜色对应于(A)中所示的共振器长度刻度。比例尺为1 mm。(D至G)多共振器件的概念。(D)针对1550和2715 nm的双共振器件的扫描电子显微镜图像。顶部比例尺为1 mm,底部比例尺为5 mm。(E)相应的电场模拟,使用3个单元单元格乘以2个单元单元格的双共振器件,激发波长分别为1550和2715 nm,显示了两个不同尺寸共振器的清晰偶极子行为。(F)器件上的光电流与光功率的关系图和(G)两个波长的测量响应度与电压的关系图。05. 成果启示我们展示的2 GHz至500 GHz以上的电光带宽光电探测器与传统的PIN光电探测器技术和单向载流子光电二极管相媲美。垂直入射的元件结构图形PD在单个器件中充分发挥了图形的预期优势。从概念上讲,该探测器的性能利用了元件吸收增强、通过图形-金属接触掺杂的内置电场、通过静电门实现的良好控制的工作点以及化学气相沉积生长的图形的有效封装。探测器依赖于相对简单的金属-绝缘体-图形-金属-绝缘体的层状结构,这种结构潜在地可以在几乎任何衬底上进行后处理,并支持与现有结构的高度密集的单片集成,类似于等离子体调制器的示例。与大多数先前关于图形探测器的工作不同,我们展示了在无冷却条件下的空气稳定操作,使用了与互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容的低电压范围的栅压,这是由于直接生长的封装层结构与底部绝缘体设计的结合效果所致。通过这些器件,我们展示了132 Gbit/s的数据传输速率,这是迄今为止已知的最高速度的图形数据传输速率。高饱和功率使得高速检测成为可能。在受到射击噪声限制的通信系统中,高饱和功率可以抵消适度的响应度,因为信噪比与响应度和输入功率成正比。此外,适度的响应度可以改善。以前的自由空间照明的图形光电探测器依赖于载流子倍增或基于剥离的多层图形而达到了更高的响应度,而没有任何光学增强。因此,还有很大的空间来共同努力进一步完善这个概念,改进制造工艺,并实现更高质量的图形材料。这些努力很可能会导致新一代的基于图形的探测器,具有足够的响应度。最后,大于500 GHz的高带宽和图形的波长无关吸收使得探测器可以在从1400 nm到4200 nm及更远的范围内的任何波长上工作。这对于传感和通信都是相关的。例如,在电信领域,持续增长的数据需求导致了对新通信频段的强烈需求。这种具有紧凑尺寸和与CMOS集成能力的新型探测器可能能够满足当前迫切需求。原文详情:Metamaterial graphene photodetector with bandwidth exceeding 500 gigahertzStefan M. Koepfli, Michael Baumann, Yesim Koyaz, Robin Gadola, Arif Gngr, Killian Keller, Yannik Horst, ShadiNashashibi, Raphael Schwanninger, Michael Doderer, Elias Passerini, Yuriy Fedoryshyn, and Juerg Leuthold.Science, 380 (6650), DOI: 10.1126/science.adg801
  • 近红外双模式单光子探测器----单光子探测主力量子通讯
    一. 近红外双模式单光子探测器介绍SPD_NIR为900nm至1700 nm的近红外范围内的单光子检测带来了重大突破。 SPD_NIR建立在冷却的InGaAs / InP盖革模式单光子雪崩光电二极管技术上,是NIR单光子检测器的第一代产品,可同时执行同步“门控”(GM)和异步“自由运行”(FR )检测模式。 用户通过提供的软件界面选择检测模式。冠jun级别的器件具有低至800 cps的超低噪声,高达30%的高校准量子效率,100 ns最小死区,100 MHz外部触发,150 ps的快速成帧分辨率和极低的脉冲 。 当需要光子耦合时,标准等级可提供非常有价值且经济高效的解决方案。基于工业设计,该设备齐全的探测器不需要任何额外的笨重的冷却系统和控制单元。 经过精心设计的紧凑性及其现代接口使SPD_NIR非常易于集成到最苛刻的分析仪器和Quantum系统中。OEM紧凑型 多通道控制器软件界面二. 近红外双模式单光子探测器原理TPS_1550_type_II是基于远程波长自发下变频的双光子源。TPS_1550_type_II采用波导周期性极化铌酸锂(WG-ppln)晶体,用于产生光子对。波导- ppln的转换效率比任何块状晶体都高2到3个数量级,并确保与单模光纤的高效耦合。0型和II型双光子的产生三. 近红外双模式单光子探测器应用特点特点: ▪ 自由模式 & 门模式▪ 集成电子计数▪ 校准后 QE可达 30%▪ TTL和NIM信号兼容▪ 暗记数 800 cps▪ 软件可远程控制▪ 最小死时间 100 ns▪ 冷却板兼容欧盟/美国▪ 外部触发频率:可达100 MHz▪ DLL 文件库 : Python, C++, LabVIEW应用方向:▪ 量子通信▪ 盖革模式激光雷达▪ 量子密钥分发▪ 高分辨率OTDR▪ 光子源特性▪ FLIM 成像▪ 符合测试▪ 光纤传感四. 近红外双模式单光子探测器技术规格五. Aura 介绍AUREA Technology是法国一家知名的探测器供应商,公司致力于尖端技术的研发,基于先进的单光子雪崩光电二极管,超快激光二极管和快速定时电子设备,设计和制造了新一代高性能,功能齐全的近红外探测器。作为全球技术领导者之一,AUREA技术提供盖革模式单光子计数,皮秒激光源,快速时间关联和光纤传感仪器。此外,AUREA Technology直接或通过其在北美,欧洲和亚洲的专业分销渠道为200多个全球客户提供一流的专业支持。并与客户紧密合作,以应对当今和未来在量子安全,生命科学,纳米技术,汽车,医疗和国防领域的挑战。昊量光电作为法国AUREA公司在中国区域的独家代理商,全权负责法国Aurea公司在中国的销售、售后与技术支持工作。AUREA技术提供了新一代的光学仪器,使科学家和工程师实现卓越的测量结果。奥瑞亚科技与全球的客户和合作伙伴紧密合作,共同应对量子光学、生命科学、纳米技术、化学、生物医学、航空和半导体等行业的当前和未来挑战双光子是展示量子物理原理的关键元素,并实现新的量子应用。例如,双光子使量子密钥分发技术得以发展,以确保数百公里范围内的数据网络安全。在生物成像应用中,双光子光源产生原始的无色散测量。 更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电:上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商,产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等,涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等;可为客户提供完整的设备安装,培训,硬件开发,软件开发,系统集成等服务。
  • 突破!全球最快响应的短波红外量子点探测器
    【背景介绍】短波红外(SWIR,1000 ~ 3000 nm)光由于受空气中颗粒物的散射较弱,使其在恶劣天气或生物组织中也能提供长距离的有效探测,并在成像场景中提供更多物质化学信息,同时对人眼更安全。这使得短波红外在光通信、远程遥感、自动化视觉技术、生物成像、环境监测和光谱技术等领域中发挥着关键作用。然而,目前市场上的短波红外传感器采用异质外延技术,但由于其制备方法繁琐,不适合大规模、低成本的3D成像应用。随着胶体量子点(QDs)的出现,其尺寸可调的光学特性使其成为探测短波红外光的理想选择。虽然近年来短波红外光电二极管结构探测器的响应时间有所缩短,但至今仍未达到纳秒级水平,这成为将胶体量子点应用于短波红外光电探测领域的主要挑战之一。【成果简介】据麦姆斯咨询报道,近日,比利时根特大学的邓玉豪(第一作者兼通讯作者)等人取得了一项突破性进展,成功利用超薄的胶体量子点吸收层,实现了基于胶体量子点的短波红外光电二极管(QDPDs)的纳秒级响应。这一研究成果创造了短波红外领域全球最快响应的胶体量子点光电探测器,相关内容以“Short-Wave Infrared Colloidal QDs Photodetector with Nanosecond Response Times Enabled by Ultrathin Absorber Layers”为题在国际著名期刊《Advanced Materials》上发表,为胶体量子点在超快短波红外探测技术的进一步研究和应用提供了重要参考。【核心创新】1. 作者通过优化超薄结构器件的制备方法,克服了传统方法的不足,得到1600整流比,42%外量子点效率,98%内量子效率的光电二极管器件。2. 作者通过结构优化,实现了超薄结构下量子点层2.5倍的吸收增强,使得超薄层仍然可以获得较高EQE。3. 作者通过厚度与面积优化,平衡了载流子迁移与RC延迟时间,最终得到创纪录的4 ns响应时间。【研究概览】图1 胶体量子点探测器响应时间的数值模拟。计算表明,漂移时间将限制厚度较大的器件的响应,而RC延迟效应将决定较薄器件的响应时间,通过降低器件面积,可以实现纳秒级的响应时间。图2 胶体量子点光电探测器制备流程优化。作者通过浓度梯度的交换法,提高了PN结的质量,得到了整流比1600的器件。图3 胶体量子点光电探测器结构示意图和性能。该器件的胶体量子点层优化为100 nm,器件的EQE达到了42%,利用结构形成法布里-珀罗腔,在超薄结构的基础上将量子点层的吸收增强了2.5倍,器件的内量子效率可以高达98%。图4 不同大小、不同厚度的胶体量子点光电探测器的响应时间。通过降低器件面积、优化器件厚度可以使得器件具有更快的响应,最终实现了4 ns响应时间的世界纪录,也是首次将胶体量子点短波红外探测速度逼近到了纳秒级别。图5 进一步提快胶体量子点光电探测器的响应分析。通过提高胶体量子点层的迁移率,该器件结构还可以继续优化,完全可以实现亚纳秒级的响应时间,这为接下来胶体量子点超快探测器的研究阐明了研究方向。【成果总结】这项研究工作实现了一项重大的突破,首次设计出超薄吸收层的胶体量子点光电探测器,成功在短波红外波段实现了纳秒级的响应时间。通过采用浓度梯度的配体交换方法,制备了具有高质量PN结的薄膜结构器件。该光电探测器在1330 nm处获得了42%的外部量子效率,这得益于在胶体量子点光电二极管内形成的法布里-珀罗腔和高效的光生电荷提取。此外,通过进一步提高载流子迁移率,该器件可以实现亚纳秒级的响应时间。这项研究的成功突破将对短波红外超快光电探测技术的未来发展产生重大的影响。论文链接:https://doi.org/10 . 1002/adma.202402002【作者简介】Yu-Hao Deng(邓玉豪)博士,比利时根特大学BOF博士后研究员,主要研究方向为胶体量子点材料与光电器件,以及钙钛矿材料表征与光电器件。邓博士之前已在Nature、Advanced Materials、Matter、Nano Letters、Physical Review Letters、Advanced Science等国际期刊上发表论文数篇。
  • 上海交大张月蘅课题组在新型超宽谱光电探测器方面获进展
    近日,Science Advances发表了题为“Broadband and photovoltaic THz/IR response in the GaAs-based ratchet photodetector”的研究工作(Sci. Adv. 8, eabn2031 (2022))。该论文提出了一种基于GaAs/AlxGa1-xAs异质结的量子棘轮结构。这种结构综合利用了电泵浦实现的热载流子注入效应、自由载流子吸收和从轻、重空穴带到自旋轨道分裂带的光跃迁等多种吸收机制,突破了界面势垒的限制,实现了从近红外到太赫兹波段(4-300太赫兹)的超宽谱光响应。A. 量子棘轮探测器结构. B. 探测器能带结构. C. 器件PL光谱. D.探测器微观机制示意图. 近年来,红外(IR)/太赫兹(THz)光电探测器已经引起了极大的关注。然而,设计高性能的宽带红外/太赫兹探测器一直是个巨大的挑战。在宽谱探测器领域,一直是热探测器占据主要地位,但热探测器难以实现高速探测。光子型探测器具有可调节的响应范围、良好的信噪比和非常快的响应速度。量子阱探测器(QWP)响应速度快,灵敏度高,光子响应范围灵活可调,是性能优异的光子型红外/太赫兹光电探测器。但窄带特性使其覆盖波段十分有限。内光发射探测器(IWIP)由于其正入射响应机制、宽谱响应以及可调的截止频率,一直被认为是极具竞争力的宽带红外/太赫兹光电探测器。但其激活能低,导致较大的暗电流,需要在极低的温度(液氦温区)下工作。量子点探测器可以在高温下实现太赫兹探测和正入射响应,但可靠性和可重复性仍然是一个巨大的挑战。光泵浦热空穴效应探测器(OPHED)基于热-冷空穴的能量转移机制进行探测,可以突破带隙光谱的限制,实现超宽谱的红外/太赫兹探测。其探测波长可调,同时能够抑制暗电流和噪声。然而,依赖于外部光学激励的热空穴注入是太赫兹探测的前置条件,这大大增加了OPHED的复杂性。A.暗电流随温度变化 B. 暗电流与常用太赫兹探测器对比 C. 零偏压下微观响应机制 D. 量子棘轮探测器光响应谱. 应用物理与计算数学研究所白鹏与上海交通大学张月蘅、沈文忠研究组提出了一种基于GaAs/AlxGa1-xAs量子棘轮新结构的超宽谱光子型探测器。该探测器能实现正入射响应,响应范围覆盖4-300THz,远超其他光子类型的探测器的覆盖范围。此外,该器件即使在零偏置电压下也能产生明显的光电流。其峰值响应率达7.3 A/W,比OPHED高出五个数量级。由于量子棘轮能带结构的不对称性,器件的响应在正负偏压下也表现出明显的差别。在温度低于 77K时,由于量子棘轮效应,探测器表现出明显的整流行为,器件暗电流比现有的光子型探测器低得多,噪声等效功率低至3.5 pW·Hz−1/2,探测率高达2.9 × 1010 Jones,展示出其在高温下工作的潜能。 该项研究中展示了一种新型超宽带太赫兹/红外光电探测器。在无任何光耦合结构设计的情况下,这种成像器件具备很宽的光谱探测范围(4-300THz),快响应速度,低噪声等效功率和高探测率,为发展高温高速的超宽谱光电探测器件奠定了基础。 该工作近日发表于Science Advances (Sci. Adv. 8, eabn2031 (2022))上。共同第一作者北京应用物理与计算数学研究所助理研究员白鹏和张月蘅课题组博士研究生李晓虹,共同通讯作者为应用物理与计算数学研究所楚卫东研究员、上海交通大学张月蘅教授和清华大学赵自然教授。研究工作得到了国家自然科学基金、上海市科技自然科学基金、博士后基金和上海交通大学“人工结构及量子调控”教育部重点实验室开放课题的经费支持。上海交通大学张月蘅课题组承担并参与了器件设计、器件性能测试表征及论文写作方面的工作。
  • 新型探测器可快速获取二维图像
    由新型材料制造的探测器可以立刻扫描出整个物体,并生成二维图像。图片来源:http://phys.org  近日,美国杜克大学的研究团队利用一种性能独特的材料,成功研制出部件更少、获取图像效率更高的探测器。相关研究成果日前在线发表于《科学》。  据介绍,这种新型材料名为“超级材料”,其微观结构是由一个个方形孔隙组成,每个方形孔隙都经过调谐,可以通过特定频率的光波。将这种材料蚀刻在铜片上后,即可收集图像,起到传统探测器摄像头的作用。  “利用这种材料,我们无需借助传统探测器摄像头中的透镜以及相关机械传动装置,即可获得被检测物体的微波图像。”该研究团队成员、杜克大学普拉特学院电气工程和计算机系研究生约翰亨特说。  他告诉记者,这种材料在被蚀刻于铜片之后,具备了很强的可塑性,并且坚固耐用。在使用时,可以被挂在安保场所的墙上,甚至像地毯一样被铺在地上。由于该材料上每个孔隙都可以单独接收某一频率光波所形成的图像,因此,将不同频率光波形成的图像合成后,即可获得被检测物体的全景图像。  亨特表示,机场中的安检设备等传统探测仪器,需要用透镜以及配套的机械传动装置对物体进行扫描。“在得到图像之前,你必须等待扫描过程的完成。而‘超级材料’中的每个孔隙,都相当于一个单独的‘摄像头’,因此,由这种材料制造的探测器可以立刻扫描出整个物体,并生成二维图像。其效率要比传统仪器高出许多,并使得我们可以在获取图像的同时,对图像进行压缩、处理。”他说。  此外,“用这种材料作为‘摄像头’的探测器也不再需要透镜、机械传动装置以及配套的信息存储与传送系统了。”该研究团队另一成员、美国加州大学博士后汤姆得利斯科尔说。  目前,研究者正对这一新型探测器进行改进,以使其能够获取三维图像。  据悉,该研究获得了美国空军科学研究办公室的资助。
  • 国内科研机构开发出超高灵敏响应非铅钙钛矿光电探测器
    p  眼睛是心灵的窗户,是人体最重要的器官之一。同样,在光电子器件中,最重要的部件之一就是它的“眼睛”——光电探测器。近日,中科院大连化物所韩克利研究员团队采用溶液法制备了一种基于非铅钙钛矿的高灵敏度光电探测器。相关研究成果发表在《物理化学快报杂志》(The Journal of Physical Chemistry Letters)上。/pp  光电探测器在信号处理、通讯、生物成像等诸多领域发挥着重要作用。目前高性能的钙钛矿光电探测器大多基于含铅钙钛矿。研究人员前期曾制备了一种超级灵敏的铅基钙钛矿光电探测器。发现其中含有的重金属元素铅对环境和人类会造成危害,限制了其商业化应用。目前已有报道的非铅钙钛矿光电探测器性能要远低于含铅钙钛矿光电探测器,因此制备高性能非铅钙钛矿光电探测器成为当下研究热点。/pp  近日,该团队成功合成了一种含锑(Sb3+)元素的钙钛矿单晶。通过研究其载流子动力学,发现该单晶具有载流子寿命长、迁移率高、扩散长度长等优点。利用该材料构建的微米尺度光电探测器能达到高效的电荷收集率,可实现在弱光下的高灵敏响应(40A/W),该灵敏度为目前已有报道的非铅钙钛矿光电探测器最高值。此外,研究还发现该光电探测器具有小于1毫秒的快速响应时间,表明Sb基钙钛矿是一种很好的光电探测材料,在取代含铅钙钛矿方面具有较大优势。/p
  • 研究人员在二维材料光电探测器研究方面取得新进展
    光电探测器的原理是由辐射引起被照射材料电导率发生改变。光电探测器的工作原理是基于光电效应,热探测器基于材料吸收了光辐射能量后温度升高,从而改变了它的电学性能,它区别于光子探测器的最大特点是对光辐射的波长无选择性。   为了提高传输效率并且无畸变地变换光电信号,光电探测器不仅要和被测信号、光学系统相匹配,而且要和后续的电子线路在特性和工作参数上相匹配,使每个相互连接的器件都处于最佳的工作状态。   具有宽带探测能力的光电探测器在我们日常生活的许多领域中发挥着重要作用,并已广泛应用于成像、光纤通信、夜视等领域。迄今为止,基于传统材料的光电探测器如:GaN 、Si 和 InGaAs占据着从紫外到近红外区域的光电探测器市场。   然而,相关材料复杂的生长过程和高昂的制造成本阻碍了这些探测器的进一步发展。为了应对这些挑战,人们一直在努力开发具有可调带隙、强光-物质相互作用且易于集成的二维材料光电探测器。   如今,许多二维材料如石墨烯、黑磷和碲等已经表现出优异的宽带光探测能力。尽管如此,目前基于二维材料的高性能宽带光电探测器数量仍然有限,特别是许多基于二维材料的光电探测器虽然表现出较高的光响应度和探测率,但响应速度较慢,这可能归因于其较长的载流子寿命,这种较低的响应速度限制了二维光电探测器的实际应用。   最近,石墨烯、黑磷和部分过渡金属二硫属化物(TMDs)范德华异质结器件已经展现出二维材料在高速宽带光电探测领域的潜力。然而,石墨烯是一种零带隙材料,黑磷在环境条件下并不稳定,TMDs异质结的制造工艺相对复杂,这些问题同样限制了这些材料在光电探测领域的应用。   鉴于此,中科院合肥研究院固体所纳米材料与器件技术研究部李广海研究员课题组李亮研究员与香港理工大学应用物理系严锋教授合作,开发了一种基于层状三元碲化物InSiTe3的光电探测器,合成出高质量的InSiTe3晶体,并通过拉曼光谱分析了其拉曼振动模式。InSiTe3的间接带隙可以从1.30 eV(单层)调节到0.78 eV(体块)。   此外,基于InSiTe3的光电探测器表现出从紫外到近红外光通信区域(365-1310 nm)的超快光响应(545-576 ns),最高探测率达到7.59×109 Jones。这些出色的性能价值凸显了基于层状InSiTe3的光电探测器在高速宽带光电探测中的潜力。   论文第一作者为纳米材料与器件技术研究部博士生陈家旺。该工作得到了国家自然科学基金、安徽省领军人才团队项目、安徽省自然科学基金、安徽省先进激光技术实验室开放基金和香港理工大学基金的支持。
  • 高载流子迁移率胶体量子点红外探测器
    短波红外和中波红外波段是两个重要的大气窗口。在该波段范围内,碲化汞胶体量子点表现出良好的光响应。此外,胶体量子点具有易于液相加工制备以及与硅基工艺兼容等优势,因此有望显著降低红外光电探测器的成本。然而,目前胶体量子点红外光电探测器在比探测率、响应度等核心性能方面与传统块体半导体红外探测器相比仍存在一定差距。有效地调控掺杂和迁移率等输运性质是提升量子点红外光电探测器性能的关键。据麦姆斯咨询报道,近期,北京理工大学光电学院和北京理工大学长三角研究院的科研团队在《光学学报》期刊上发表了以“高载流子迁移率胶体量子点红外探测器”为主题的文章。该文章第一作者为薛晓梦,通讯作者为陈梦璐和郝群。在本项工作中,采用混相配体交换的方法将载流子迁移率提升,并且实现了N型、本征型、P型等多种掺杂类型的调控。在此基础之上,进一步研究了输运性质对探测器性能的影响。与光导型探测器相比,光伏型探测器不需要额外施加偏置电压,没有散粒噪声,拥有更高的理论灵敏度,因此是本项工作的研究重点。同时,使用高载流子迁移率的本征型碲化汞量子点薄膜制备了短波及中波红外光伏型光电探测器。实验过程材料的合成:Te前驱体的制备在氮气环境下,称量1.276 g(1 mmol)碲颗粒置于玻璃瓶中,并加入10 ml的三正辛基膦(TOP)中,均匀搅拌至溶解,得到透明浅黄色的溶液,即为TOP Te溶液。碲化汞胶体量子点的合成在氮气环境下,称量0.1088 g(0.4 mmol,氮气环境下储存)氯化汞粉末置于玻璃瓶中,并加入16 ml油胺(OAM),均匀搅拌并加热至氯化汞粉末全部溶解。本工作中合成短波红外和中波红外碲化汞胶体量子点的反应温度分别为65℃和95℃。使用移液枪取0.4 mL的TOP Te溶液,快速注入到溶于油胺的氯化汞溶液中,反应时间分别为4 min和6 min。反应结束后加入20 ml无水四氯乙烯(TCE)作为淬火溶液。碲化银纳米晶体颗粒的合成在氮气环境下,称量0.068 g(0.4 mmol)硝酸,并加入1 mL油酸(OA)和10 mL油胺(OAM)中,均匀搅拌30 min。溶解后,注入1 mL TOP,快速加热至160℃并持续30-45 min。然后向反应溶液中注入0.2 mL TOP Te(0.2 mmol),反应时间为10 min。碲化汞胶体量子点的混相配体交换混相配体交换过程包括液相配体交换和固相配体交换。选择溴化双十二烷基二甲基铵(DDAB)作为催化剂,将碲化汞胶体量子点溶在正己烷中,取4 ml混合溶液与160 μL β-巯基乙醇(β-ME)和8 mg DDAB在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中混合。之后向溶液中加入异丙醇(IPA)进行离心,倒掉上清液,将沉淀物重新溶解在60μL DMF中。固相配体交换是在制备量子点薄膜后,用1,2-乙二硫醇(EDT)、盐酸(HCL)和IPA(体积比为1:1:20)溶液对已成膜的碲化汞胶体量子点表面进行处理。碲化汞胶体量子点的掺杂调控在调控碲化汞胶体量子点的掺杂方面,Hg²⁺可以通过表面偶极子稳定量子点中的电子,所以选择汞盐(HgCl₂)来调控量子点的掺杂状态。在液相配体交换结束后,向溶于DMF的碲化汞胶体量子点溶液中加入10 mg HgCl₂得到本征型碲化汞胶体量子点,加入20 mg HgCl₂得到N型碲化汞胶体量子点。材料表征采用混相配体交换的方法不仅可以提高载流子迁移率还可以通过表面偶极子调控碲化汞胶体量子点的掺杂密度。液相配体交换前后中波红外碲化汞胶体量子点的TEM图像如图1(a)所示,可以看到,进行液相配体交换后的碲化汞胶体量子点之间的间距明显减小,排列更加紧密。致密的排列可以提高碲化汞胶体量子点对光的吸收率。混相配体交换后的短波红外和中波红外碲化汞胶体量子点的吸收光谱如图1(b)所示,从图1(b)可以看出,短波红外和中波红外碲化汞胶体量子点的吸收峰分别为5250 cm⁻¹和2700 cm⁻¹。利用场效应晶体管(FET)对碲化汞胶体量子点的迁移率和薄膜的掺杂状态进行测量,把碲化汞胶体量子点沉积在表面有一层薄的SiO₂作为绝缘层的Si基底上,基底两侧的金电极分别作为漏极和源极,Si作为栅极,器件结构如图1(c)所示。通过控制栅极的极性和电压大小,可以使场效应晶体管分别处于截止或导通状态。图1(d)是N型、本征型和P型中波红外碲化汞胶体量子点的场效应晶体管转移曲线。利用FET传输曲线的斜率计算了载流子的迁移率μFET。图1 (a)混相配体交换前后碲化汞胶体量子点的透射电镜图;(b)短波红外和中波红外碲化汞胶体量子点的吸收光谱;(c)碲化汞胶体量子点薄膜场效应晶体管测量原理图;(d)在300K时N型、本征型和P型中波红外碲化汞胶体量子点的场效应晶体管转移曲线测试结果。分析与讨论碲化汞胶体量子点光电探测器的制备光伏型探测器不需要施加额外的偏置电压,没有散粒噪声,理论上会具有更好的性能,借鉴之前文献中的报告,器件结构设计为Al₂O₃/ITO/HgTe/Ag₂Te/Au,制备方法如下:第一步,在蓝宝石基底上磁控溅射沉积50 nm ITO,ITO的功函数在4.5~4.7 eV之间。第二步,制备约470 nm的本征型碲化汞胶体量子点薄膜。第三步,取50 μL碲化银纳米晶体溶液以3000 r/min转速旋转30 s,然后用HgCl₂/MEOH(10 mmol/L)溶液静置10 s后以3000 r/min转速旋转30 s,重复上述步骤两次。在这里,Ag⁺作为P型掺杂层,与本征型碲化汞胶体量子点层形成P-I异质结。最后,将器件移至蒸发镀膜机中,在真空环境(5×10⁻⁴ Pa)下蒸镀50 nm Au作为顶层的电极。高迁移率光伏型探测器的结构图和横截面扫描电镜图如图2(a)所示。能级图如图2(b)所示。制备好的探测器的面积为0.2 mm × 0.2 mm。图2 (a)高迁移率碲化汞胶体量子点P-I异质结结构示意图及扫描电镜截面图 (b)碲化汞胶体量子点P-I异质结能带图。器件性能表征为了探究高载流子迁移率短波红外和中波红外光伏型探测器的光电特性,我们测试了器件的I-V曲线以及响应光谱。图3(a)和(b)分别是高迁移率短波红外和中波红外器件的I-V特性曲线,可以看到短波红外和中波红外探测器的开路电压分别为140 mV和80 mV,这表明PI结中形成了较强的内建电场。此外,在零偏置下,高迁移率短波红外和中波红外器件的光电流分别为0.27 μA和5.5 μA。图3(d)和(e)分别为1.9 μm(300 K) ~ 2.03 μm(80 K)的短波红外器件的响应光谱和3.5 μm(300 K) ~ 4.2 μm(80 K)的中波红外器件的响应光谱。比探测率D*和响应度R是表征光电探测器性能的重要参数。R是探测器的响应度,用来描述器件光电转换能力的物理量,即输出信号光电流与输入光信号功率之比。图3 (a)300 K时短波红外I-V曲线;(b)80 K时中波红外I-V曲线;(c)短波红外及中波红外器件的比探测率随温度的变化;(d)短波红外器件在80 K和300 K时的光谱响应;(e)中波红外器件在80 K和300 K时的光谱响应;(f)短波红外和中波红外器件的响应度随温度的变化。图3(e)和(f)给出了探测器的比探测率D*和响应度R随温度的变化。可以看到,短波红外器件在所有被测温度下,D*都可以达到1×10¹¹ Jones以上,中波红外器件在110 K下的D*达到了1.2×10¹¹ Jones。应用此外,本工作验证高载流子迁移率的短波红外和中波红外量子点光电探测器在实际应用,如光谱仪和红外相机。光谱仪实验装置示意图如图4(a)所示,其内部主要是一个迈克尔逊干涉仪。图4(b)和(c)为使用短波红外和中波红外量子点器件探测时有样品和没有样品的光谱响应结果。图4(e)和图4(f)为样品在短波红外和中波红外波段的透过率曲线。对于短波红外波段,选择了CBZ、DDT、BA和TCE这四种样品,它们在可见光下都是透明的,肉眼无法进行区分,但在短波红外的光谱响应和透过率不同。对于中波红外波段,选择了PP和PVC这两个样品。在可见光下它们都是白色的塑料,但在中波红外光谱响应和透过率不同。图4(d)为自制短波红外和中波红外单点相机的扫描成像。,短波相机成像可以给出材质信息。中波红外相机成像则是反应热信息。以烙铁的中波红外成像为例,我们可以清楚地了解烙铁内部的温度分布。在可见光下,硅片呈现不透明的状态使用自制的短波红外相机成像后硅片呈现半透明的状态。图4 (a)利用高载流子迁移率探测器进行响应光谱测量的原理示意图;(b)和(c)分别是在有样品和没有样品两种模式下用自制探测器所探测到的光谱响应;(d)自制短波红外和中波红外光电探测器的单像素扫描成像结果图;(e)TCE、BA、DDT和CBZ在短波红外模式下的透光率,插图为四种样品的可见光图像;(f)PVC和PP在中波红外模式下的透光率,插图为两种样品的可见光图像。结论综上所述,采用混相配体交换的方法,将量子点薄膜中的载流子迁移率提升到了1 cm²/Vs,相较于之前的研究提升了2个量级。并且通过加入汞盐实现了对量子点薄膜的掺杂调控,分别实现了P型、本征型以及N型多种类型的量子点薄膜。同时,基于本征型高迁移率量子点制备了短波红外和中波红外波段的光伏型光电探测器。测试结果表明,提升量子点的输运性质,有效的提升了探测器的响应率、比探测率等核心性能,并且实现了光谱仪和红外相机等应用。本项工作促进了低成本、高性能量子点红外光电探测器的发展。这项研究获得国家自然科学基金(NSFC No.U22A2081、No.62105022)、中国科学技术协会青年托举工程(No.YESS20210142)和北京市科技新星计划(No.Z211100002121069)的资助和支持。论文链接:https://link.cnki.net/urlid/31. 1 252.o4.20230925.0923.016
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    基于宽禁带半导体的固态紫外探测技术是继红外、可见光和激光探测技术之后发展起来的新型光电探测技术,是对传统紫外探测技术的创新发展,具有体积小、重量轻、耐高温、功耗低、量子效率高和易于集成等优点,对紫外信息资源的开发和利用起着重大推动作用,在国防技术、信息科技、能源技术、环境监测和公共卫生等领域具有极其广阔的应用前景,成为当前国际研发的热点和各主要国家之间竞争的焦点。我国迫切要求在宽禁带半导体紫外探测技术领域取得新的突破,以适应信息技术发展和国家安全的重大需要。本书是作者团队近几年来的最新研究成果的总结,是一本专门介绍宽禁带紫外光电探测器的科技专著。本书的出版可以对我国宽禁带半导体光电材料和紫外探测器的研发及相关高新技术的发展起到促进作用。本书从材料的基本物性和光电探测器工作原理入手,重点讨论宽禁带半导体紫外探测材料的制备、外延生长的缺陷抑制和掺杂技术、紫外探测器件与成像芯片的结构设计和制备工艺、紫外单光子探测与读出电路技术等;并深入探讨紫外探测器件的漏电机理、光生载流子的倍增和输运规律、能带调控方法、以及不同类型缺陷对器件性能的具体影响等,展望新型结构器件的发展和技术难点;同时,介绍紫外探测器产业化应用和发展,为工程领域提供参考,促进产业的发展。本书作者都是长年工作在宽禁带半导体材料与器件领域第一线、在国内外有影响的著名学者。本书主编南京大学陆海教授是国内紫外光电探测领域的代表性专家,曾研制出多种性能先进的紫外探测芯片;张荣教授多年来一直从事宽禁带半导体材料、器件和物理研究,成果卓著;参与本书编写的陈敦军、单崇新、叶建东教授和周幸叶研究员也均是在宽禁带半导体领域取得丰硕成果的年轻学者。本书所述内容多来自作者及其团队在该领域的长期系统性研究成果总结,并广泛地参照了国际主要相关研究成果和进展。作者团队:中国科学院郑有炓院士撰写推荐语时表示:“本书系统论述了宽禁带半导体紫外探测材料和器件的发展现状和趋势,对面临的关键科学技术问题进行了探讨,对未来发展进行了展望。目前国内尚没有一本专门针对宽禁带半导体紫外探测器的科研参考书,本书的出版填补了这一空白,将会对我国第三代半导体紫外探测技术的研发起到重要的推动作用。”目前市面上还没有专门讲述宽禁带半导体紫外探测器的科研参考书,该书的出版可以填补该领域的空白。本书可为从事宽禁带半导体紫外光电材料和器件研发、生产的科技工作者、企业工程技术人员和研究生提供一本有价值的科研参考书,也可供从事该领域科研和高技术产业管理的政府官员和企业家学习参考。详见本书目录:本书目录:第1章 半导体紫外光电探测器概述1.1 引言1.2 宽禁带半导体紫外光电探测器的技术优势1.3 紫外光电探测器产业发展现状1.4 本书的章节安排参考文献第2章 紫外光电探测器的基础知识2.1 半导体光电效应的基本原理2.2 紫外光电探测器的基本分类和工作原理2.2.1 P-N/P-I-N结型探测器2.2.2 肖特基势垒探测器2.2.3 光电导探测器2.2.4 雪崩光电二极管2.3 紫外光电探测器的主要性能指标2.3.1 光电探测器的性能参数2.3.2 雪崩光电二极管的性能参数参考文献第3章 氮化物半导体紫外光电探测器3.1 引言3.2 氮化物半导体材料的基本特性3.2.1 晶体结构3.2.2 能带结构3.2.3 极化效应3.3 高Al组分AlGaN材料的制备与P型掺杂3.3.1 高Al组分AlGaN材料的制备3.3.2 高Al组分AlGaN材料的P型掺杂3.4 GaN基光电探测器及焦平面阵列成像3.4.1 GaN基半导体的金属接触3.4.2 GaN基光电探测器3.4.3 焦平面阵列成像3.5 日盲紫外雪崩光电二极管的设计与制备3.5.1 P-I-N结GaN基APD3.5.2 SAM结构GaN基APD3.5.3 极化和能带工程在雪崩光电二极管中的应用3.6 InGaN光电探测器的制备及应用3.6.1 材料外延3.6.2 器件制备3.7 波长可调超窄带日盲紫外探测器参考文献第4章 SiC紫外光电探测器4.1 SiC材料的基本物理特性4.1.1 SiC晶型与能带结构4.1.2 SiC外延材料与缺陷4.1.3 SiC的电学特性4.1.4 SiC的光学特性4.2 SiC紫外光电探测器的常用制备工艺4.2.1 清洗工艺4.2.2 台面制备4.2.3 电极制备4.2.4 器件钝化4.2.5 其他工艺4.3 常规类型SiC紫外光电探测器4.3.1 肖特基型紫外光电探测器4.3.2 P-I-N型紫外光电探测器4.4 SiC紫外雪崩光电探测器4.4.1 新型结构SiC紫外雪崩光电探测器4.4.2 SiC APD的高温特性4.4.3 材料缺陷对SiC APD性能的影响4.4.4 SiC APD的雪崩均匀性研究4.4.5 SiC紫外雪崩光电探测器的焦平面成像阵列4.5 SiC紫外光电探测器的产业化应用4.6 SiC紫外光电探测器的发展前景参考文献第5章 氧化镓基紫外光电探测器5.1 引言5.2 超宽禁带氧化镓基半导体5.2.1 超宽禁带氧化镓基半导体材料的制备5.2.2 超宽禁带氧化镓基半导体光电探测器的基本器件工艺5.3 氧化镓基日盲探测器5.3.1 基于氧化镓单晶及外延薄膜的日盲探测器5.3.2 基于氧化镓纳米结构的日盲探测器5.3.3 基于非晶氧化镓的柔性日盲探测器5.3.4 基于氧化镓异质结构的日盲探测器5.3.5 氧化镓基光电导增益物理机制5.3.6 新型结构氧化镓基日盲探测器5.4 辐照效应对宽禁带氧化物半导体性能的影响5.5 氧化镓基紫外光电探测器的发展前景参考文献第6章 ZnO基紫外光电探测器6.1 ZnO材料的性质6.2 ZnO紫外光电探测器6.2.1 光电导型探测器6.2.2 肖特基光电二极管6.2.3 MSM结构探测器6.2.4 同质结探测器6.2.5 异质结探测器6.2.6 压电效应改善ZnO基紫外光电探测器6.3 MgZnO深紫外光电探测器6.3.1 光导型探测器6.3.2 肖特基探测器6.3.3 MSM结构探测器6.3.4 P-N结探测器6.4 ZnO基紫外光电探测器的发展前景参考文献第7章 金刚石紫外光电探测器7.1 引言7.2 金刚石的合成7.3 金刚石光电探测器的类型7.3.1 光电导型光电探测器7.3.2 MSM光电探测器7.3.3 肖特基势垒光电探测器7.3.4 P-I-N和P-N结光电探测器7.3.5 异质结光电探测器7.3.6 光电晶体管7.4 金刚石基光电探测器的应用参考文献第8章 真空紫外光电探测器8.1 真空紫外探测及其应用8.1.1 真空紫外探测的应用8.1.2 真空紫外光的特性8.2 真空紫外光电探测器的类型和工作原理8.2.1 极浅P-N结光电探测器8.2.2 肖特基结构光电探测器8.2.3 MSM结构光电探测器8.3 真空紫外光电探测器的研究进展8.3.1 极浅P-N结光电探测器的研究进展8.3.2 肖特基结构光电探测器的研究进展8.3.3 MSM结构光电探测器的研究进展
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    记者获悉,中航工业航电系统公司与电子科技大学将共同投资7000万元,联合建设“光电探测集成器件及应用实验室”,建设国内第一个全状态光电探测器研发平台。  根据协议,中航工业洛阳电光设备研究所以3500万元现金投资,建设非制冷红外探测器封装测试线,与电子科技大学已建成的6英寸MEMS加工线合并。这将成为国内第一个集MEMS设计、MEMS加工、器件封装与测试的全状态光电探测器研发平台。该平台将具备年产3000只非制冷红外探测器的生产能力,通过10-15年的努力,将打造成一个年经营规模100亿元,国际一流的光电探测器供应商。  据了解,光电探测器是利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。所谓光电导效应,是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电导探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。  中国航空工业集团公司副总经理张新国表示,光电探测器的研发、生产是光电产业核心价值环节,本次合作将从根本上打破国外公司的产业垄断,对加速我国光电产业核心器件的自主创新进程有着重要战略意义 通过校企创新,将全面实现我国光电产业的产业链延伸与价值链延伸。
  • 北理工在红外光电探测器暗电流抑制技术方面取得新进展
    红外光电探测器广泛应用于气体传感、气象遥感以及航天探测等领域。然而目前,传统的红外探测材料主要基于碲化铟、铟镓砷、碲镉汞等,需要分子束外延方法生长,以及倒装键和等复杂工艺与读出电路耦合。虽然探测性能高,但是却受限于成本与产量。胶体量子点(CQD)作为一种新兴的红外探测材料,可以由化学热注射法大规模合成,“墨水式”液相加工可以与硅读出电路直接耦合,大大加快红外焦平面阵列(FPA)的研发进度。目前北京理工大学郝群教授团队已实现320×256、1K×1K百万像素量子点红外焦平面。然而,目前红外胶体量子点暗电流噪声较大的问题限制了成像仪的分辨率和灵敏度。近日,北京理工大学研究团队提出了量子点带尾调控方法,通过量子点成核生长分离的再生长技术,成功得到了形貌可控(如图1)、分散性好、半峰宽窄、带尾态优的红外量子点。图1 不同前驱体合成量子点形貌示意图研究人员基于三种胶体量子点制备了单像素光电导探测器,大幅度降低器件的暗电流和噪声30倍以上,室温下2.5 μm延展短波波段比探测率达到4×10¹¹ Jones,响应时间为0.94 μs(如图2)。图2 光电导探测器结构示意图以及形状控制量子点与两组参考样品的器件性能对比在此基础上,研究人员将HgTe胶体量子点与互补金属氧化物半导体 (CMOS) 读出集成电路 (ROIC) 相集成,制备了640×512像素的焦平面阵列成像芯片,有效像元率高达99.997%。成像过程示意图和成像结果如图3所示。图3 成像过程示意图以及形状控制量子点640×512像素的焦平面成像结果图综上所述,这项研究开发了量子点带尾调控方法,通过单像素光电探测器及红外焦平面验证了该方法在暗电流和噪声抑制上的可靠性,在高性能胶体量子点红外光探测器发展中具有重要意义。相关研究工作于2023年11月发表于中科院1区光学顶刊ACS Photonics。该论文的共同第一作者为郝群教授、博士生薛晓梦和罗宇宁,通讯作者为陈梦璐准聘教授和唐鑫教授。论文链接:https://doi.org/10.1021/acs p hotonics.3c01070
  • 赛默飞发布新型UltraDry硅漂移(电制冷)探测器
    -- 为NORAN System 7微区分析系统提供最优的探测器尺寸、分析速度和分辨率中国上海,2012年8月10日 &mdash &mdash 7月30日,科学服务领域的世界领导者赛默飞世尔科技(以下简称:赛默飞)在2012显微镜学和微区分析大会上发布新型赛默飞UltraDry硅漂移(电制冷)X射线探测器。该探测器为同类最优,为金属和矿物、先进材料和半导体等行业应用提供更快速、准确的(微区)X射线分析。它进一步提升了广受赞誉的赛默飞NORAN System 7 X射线微区分析系统的性能。赛默飞副总裁兼分子光谱和微区分析产品总经理John Sos指出:&ldquo 我们的UltraDry硅漂移(电制冷)探测器在超高的采集速率下具有优异的分辨率,这在当今的纳米技术和先进材料应用分析中是至关重要的!我们对该探测器的卓越改进使我们NORAN System 7系统整体能以最快的速度获得最多的数据。加之使用我们独有的高级数据处理工具 &mdash &mdash COMPASS软件和直接倒相软件,用户可以满怀信心地将其EDS分析结果提升至全新的水平。&rdquo UltraDry硅漂移(电制冷)探测器性能的提升是其设计和技术工艺改进的直接成果。该探测器提升了能量分辨率的界限,在Mn-K&alpha 的能谱谱峰分辨率高达123eV。采用尺寸较小先进的场效应晶体管(FET)与晶体一体化的卓越设计在最大程度上减小了导致电噪声的分布电容。UltraDry探测器能够高效地操控脉冲堆积处理,使其在高速处理中具有最佳的分辨率和最小的死时间比率。无需外部附属设备或液氮制冷。新型的UltraDry探测器提供宽范围的晶体有效面积选择(10mm2,30mm2,60mm2 和100mm2),并具有先进的窗口工艺技术和独一无二的可分析至元素铍的轻元素完整的分析算法。其他关键特征包括:&bull 旨在使样品至探测器距离最小化和探测器立体角最大化的用户定制设计&bull 独有的旨在创造最大工作距离范围的垂直开槽的准直器&bull 操作环境温度至35° CNORAN System 7是非常适用于金属和采矿、先进材料、学术研究、半导体和微电子、失效分析、缺陷审查等材料电子显微微区应用分析的卓越平台!欲了解更多有关NORAN System 7和UltraDry(电制冷)探测器的信息,请访问网站www.thermoscientific.com。关于赛默飞世尔科技赛默飞世尔科技(纽约证交所代码: TMO)是科学服务领域的世界领导者。我们的使命是帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。公司年销售额120亿美元,员工约39,000人。主要客户类型包括:医药和生物技术公司、医院和临床诊断实验室、大学、科研院所和政府机构,以及环境与过程控制行业。借助于Thermo Scientific、Fisher Scientific和Unity&trade Lab Services三个首要品牌,我们将创新技术、便捷采购方案和实验室运营管理的整体解决方案相结合,为客户、股东和员工创造价值。我们的产品和服务帮助客户解决在分析领域所遇到的复杂问题与挑战,促进医疗诊断发展、提高实验室生产力。欲了解更多信息,请浏览公司网站:www.thermofisher.com关于赛默飞中国赛默飞世尔科技进入中国发展已有30年,在中国的总部设于上海,并在北京、广州、香港、成都、沈阳等地设立了分公司,目前已有超过1900名员工、6家生产工厂、5个应用开发中心、2个客户体验中心以及1个技术中心,成为中国分析科学领域最大的外资企业。赛默飞的产品主要包括分析仪器、实验室设备、试剂、耗材和软件等,提供实验室综合解决方案,为各行各业的客户服务。为了满足中国市场的需求,目前国内已有6家工厂运营,苏州在建的大规模工厂2012年也将投产。赛默飞在北京和上海共设立了5个应用开发中心,将世界级的前沿技术和产品带给国内客户,并提供应用开发与培训等多项服务;位于上海的中国技术中心结合国内市场的需求和国外先进技术,研发适合中国的技术和产品;遍布全国的维修服务网点和特别成立的维修服务中心,旨在提高售后服务的质量和效率。我们致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。欲了解更多信息,请登录www.thermofisher.cn
  • 海尔欣光电HPPD-M-B探测器性能介绍
    1. 概述MCT 中红外探测器是一种热电冷却光电导 HgCdTe(碲镉汞,MCT)探测器, 这种材料对 2 到 12um 的中红外光谱波段光波敏感。海尔欣的中红外探测器可采用直流或交流耦合输出,直流耦合方便用户实时观测探测器上的光强信号,继而方便系统对光调试;交流耦合输出可以让用户解调微弱的交流小信号,一定程度上避免过高的直流光信号将探测器饱和。探测器与热电冷却器(TEC)相连接, TEC 采用一个热敏电阻反馈电路对探测器元件的温度控制在-30℃甚至更低温度,从而将热噪声和背景辐射对输出信号的影响最小化。为有效地减少电磁噪声对检测输出信号的影响, 探测器外壳采用了铝合金屏蔽壳体制作,同时起到散热的作用。2. 性能• 半导体冷却型碲镉汞红外光电探测器;• 对2~12 um的中红外光谱波段光波敏感;• 内部一体化集成低噪声前置运放+TEC控制单元;• TEC热电冷却稳定 -80℃ 至-30℃ ,极大地降低了热噪声;3. 优势l • 前放+制冷控制一体化,噪声能进一步降低,使用也更为便捷l • 性价比高于同款进口产品,波长覆盖也更宽l • 海尔欣针对红外探测应用自主研发,更适合系统集成,更及时完善的售后服务4 探测器噪声测试l 测试原理待测噪声A,频谱分析仪基底噪声为B,噪声A 接入频谱分析仪后,测得噪声为频谱分析仪总噪声C(探测器放大后噪声A和频谱分析仪基底噪声B)。它们之间关系如下:A2+B2=C2图.1 HPPD-M-B探测器噪声测试系统 由于HPPD-M-B探测器感光单元噪声Ain信号较小,需要对噪声信号Ain进行放大处理,图.1 中间框HPPD-M-B专指探测器前置放大电路,实际探测器芯片已集成到HPPD-M-B探测器产品中。 其中Ain为归一化到探测器输入端的电流噪声密度(单位为pA/√Hz),为我们的待求结果,A0为Ain经探测器HPPD-M-B放大N倍后的信号,Rout为探测器的输出阻抗(Ω),A为频谱分析仪输入端信号,Rin为频谱分析仪的输入阻抗(Ω),B为频谱仪基底噪声(与测量系统基底噪声相同),C为频谱分析仪的频率扫描结果。可以得到系统中存在如下关系:A0=Ain*NA=A0*Rin/(Rin+Rout)A2+B2=C2 注:功率dBm转volts:http://wera.cen.uni-hamburg.de/DBM.shtmlvolts转噪声密度:噪声密度(nV/√Hz)= RMS volts/√RBW故通过频率分析仪测试探测器输出端噪声,便可容易的推算出归一化到探测器输入端的电流噪声密度。l 测试系统参数说明:放大倍数N = 15000V/A,探测器输出阻抗Rout =16Ω,频谱分析仪输入阻抗Rin = 50Ω频率扫描范围0-100 kHz,分辨率带宽RBW = 10Hzl 测试过程:1.短路频谱分析仪的信号输入端口,为频谱仪噪声基底的频率扫描结果得到系统基底噪声B1;2.按图1连接测试系统,将配套SMA转BNC同轴线缆一端连接到探测器的SMA输出端口,另一端连接到频谱分析仪(型号N9320B)的信号输入端口;得到未供电时的测试系统频率扫描结果,为测试系统的噪声基底B,可以发现测试系统的噪声基底B与频谱仪输入端短路时噪声B1相同,如下图2中的曲线V1(该曲线为系统的基底噪声B)。3.系统供电,将配套+5V电源适配器一端插入探测器电源供电口,另一端插入市电插座,拨动电源开关上电,此时风扇将正常工作,探测器开始温度调节,热机约10分钟后,温控指示灯亮,温度稳定于预设值。此时,可得到供电状态下,测试系统的频率扫描结果,如下图2中的曲线V2(该曲线为系统的总噪声C)。注意:测试过程中,探测器感光单元一直为遮光状态。l 计算结果读图:100kHz时,频谱仪基底B =-120dBm,扫频结果C = -117dBm,两者RMS均为10Hz。功率dBm转RMS volts:查表http://wera.cen.uni-hamburg.de/DBM.shtml-120dBm对应RMS volts为223.607nV;-117dBm对应RMS volts为315.853nV。根据RBM volts转噪声密度公式:噪声密度(nV/√Hz)= RMS volts/√RBW计算噪声密度B 为70.71nV/√Hz ,噪声密度C 为99.88nV/√Hz。根据计算公式:A2+B2=C2可以等到A=70.54nV/√Hz根据计算公式 :A=A0*Rin/(Rin+Rout);Rin=50?、Rout=16? 可以得到A0=93.11nV/√Hz 。通过公式:A0=Ain*N其中N为放大倍数15000V/A 可以得到Ain=6.2pA/√Hz。l 附1.探测器芯片的电流噪声密度HPPD-M-B编号:96610,芯片电流噪声 4.7 pA/√Hz5V适配器编号:01191027140测试结果表明,归一化到探测器输入端的电流噪声密度Ain为6.2pA/√Hz,则海尔欣的前置低噪声运放的噪声系数仅为2.4dB。计算方法为:信噪比:信号功率/噪声功率(下述计算提到的功率都以归一化噪声电流同比表示)噪声系数NF = 输入端信噪比/输出端信噪比 噪声系数可由下列式表示:Si为输入信号功率,即为光电流信号;Ni 为输入噪声功率,即为芯片电流噪声 4.7 pA/√HzS0为输出端信号功率,即为S0=Si*NN0为输出噪声功率,即为Ain*N通过上计算可以得到噪声系数NF=Ain/Ni根据上面计算结果可知Ain=6.2 pA/√Hz,Ni=4.7 pA/√Hz则噪声系数NF=1.32,根据噪声系数转换噪声dB公式:dB=20lgNF=2.4可以得到噪声系数为2.4 dB.(关于低噪声前置运放的噪声系数概念,请参考:http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca525/zhca525.pdf) l 附2.与进口探测器比较 图.3 VIGO探测器与HPPD-M-B噪声比较V3为HPPD-M-B ,适配器供电(放大15000倍)V2为某进口探测器,本底比HPPD-M-B低是因其放大倍数较低的缘故。 5 结论综合来看,海尔欣的HPPD-M-B型中红外探测器噪声与进口探测器处于同一水平,从功能上来讲没有太大差别。再结合其运放与TEC制冷高度集成的设计,HPPD-M-B型探测器极大地方便了用户的使用和系统集成,是一款小巧、出色的制冷型单像素红外探测器。
  • 国科大杭州高等研究院陈效双团队:基于六方氮化硼封装技术的钽镍硒非制冷红外光电探测器
    近日,国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院陈效双研究员团队提出了一种通过六方氮化硼封装技术,实现从520 nm到4.6 μm工作波长的钽镍硒(Ta2NiSe5)非制冷红外光电探测器(PD)。该探测器在室温空气环境条件下具有较低的等效噪声功率(4.5 × 10−13W Hz−1/2)和较高的归一化探测率(3.5× 1010cm Hz1/2W−1),而且通过表征时间、偏置、功率和温度依赖等多方面因素,研究其不同波长辐射产生光电流的多重机制。此外,还展示了器件的偏振灵敏度和在不同的可见光、近红外、中波红外波长范围内的多功能成像应用。这些结果揭示了多功能的探测模式,为设计新型的纳米光电器件提供了一种新的思路。该成果以“H-BN-Encapsulated Uncooled Infrared Photodetectors Based on Tantalum Nickel Selenide”为题发表在期刊Advanced Functional Materials上(IF=19)。本工作也得到了国家自然科学基金委、上海市科委、中国科学院和浙江省自然科学基金委等项目的资助。本文利用干法转移堆叠,采用平面h-BN封装的金属-Ta2NiSe5-金属(源极和漏极)结构设计了Ta2NiSe5基PDs,如图1a所示。图1b的左侧面板显示了横截面透射电子显微镜图像,并证明原子堆中没有污染或无定形氧化物。图1d显示了在黑暗条件下和不同功率强度的激光照射(1550nm)下的I-V特性的比较,显示了近线性行为,表明Ta2NiSe5薄片和Cr/Au电极之间具有良好的欧姆接触。如图1e所示,对于窄带隙半导体Ta2NiSe5,光激发载流子的短瞬态寿命减少了电荷分离时间。Ta2NiSe5的高迁移率可以实现电场驱动的光生载流子的快速传输,降低复合的概率。520 nm至2 µm范围内的光响应机制被认为是光电导效应(PDE)。由于PDE,带间跃迁产生的电子-空穴对被施加的电场分离,并被图1h左侧面板中的电极收集。在可见光和近红外光谱中吸收光子,只要它们具有超过带隙的能量,就会触发电子-空穴(e-h)对的产生,从而调节材料的电导率。随后,这些产生的e-h对在外部电场的诱导下分离,产生光电流。基于Ta2NiSe5的PD在1550 nm处0 V和±1 V的扫描光电流映射(图1h)很好地验证了上述光电流起源的推测。图1. Ta2NiSe5基PD在大气环境中不同激光波长和功率下的光电特性。(a)基于Ta2NiSe5的PD的示意图。(b)Ta2NiSe5基PD的横截面TEM图像和相应的元素映射。(c)剥离的Ta2NiSe5纳米片的SEM图像和EDS元素图谱。(d)在1550 nm激光照射下,不同功率下的Iph-Vds曲线。(e)基于Ta2NiSe5的PD的单个响应过程,Vds为1V。(f)从具有绝对值的I-t曲线中提取的Vds和Plight相关光电流。(g)在1V偏压下基于Ta2NiSe5的PD下的光电流的线性功率和亚线性功率依赖性。(h)1550 nm激光照射下典型Ta2NiSe5基PD的扫描光电流图,以及−1、0和1 V偏压照射下从Ta2NiSe5到电极的光生载流子传输过程的说明。泡利阻塞抑制了在4.6 μm(0.27 eV)处产生电子-空穴对的直接光学跃迁。热效应机制被认为是控制MWIR区域光探测过程的潜在物理机制,如光热电效应和辐射热效应。对于辐射热效应的贡献,不需要外部偏置来产生光电流,如图2a所示,而不是依赖于自供电的工作模式。辐射热效应是指沟道材料由于吸收均匀的红外辐射而引起温度升高,从而导致电导率或光吸收等电学或光学性质变化。值得注意的是,辐射热效应需要外加电场。为了确定控制MWIR探测过程的主要机制,光响应被记录为功率和Vds的关系。光电流呈现负极性、零极性和正极性三个特征区域,分别对应图2a中的区域I、II和III。通过测量Ta2NiSe5基PDs电阻的温度依赖性(4-400 K),器件电阻的温度依赖性表现出典型的半导体热激发输运性质,表明热效应可以有效地增强器件电导(图2b)。电阻的温度系数(TCR)是辐射热效应的一个关键指标,在Vds=1 V时,Ta2NiSe5基PDs的TCR为-1.9% K-1。与快速的可见光-近红外光响应相反,在关闭光后漏极电流缓慢恢复,响应时间≈24 ms(图2c)。辐射热效应可以解释明显的光响应与缓慢的下降和上升时间,而不是光电导效应。该值是典型的辐射热特性(1-100 ms),因为吸收MWIR光子后热电子的能量转移到晶格,进一步改变沟道电导。此外,在传热和耗散过程中,h-BN利用极高的导热系数有效地消散探测器产生的热量。光电流的产生分为两种状态。首先,沟道材料在吸收MWIR光子后改变自身电导率,其次,通过驱动外电场产生光电流(图2d)。与PTE中取决于塞贝克系数的光电流符号不同,辐射热光电流的符号取决于外部电场。为了直观地揭示Ta2NiSe5基PDs的光响应机制,本文利用扫描光电流成像技术对光电流分布进行成像(图2e)。在0 V偏置照射下,几乎没有观察到光电流,而在±1 V的外偏置照射下,整个沟道的光电流相当均匀。诱导的电导变化可能是入射光下温度升高期间产生电流的载流子数量变化的结果。Ta2NiSe5基PDs具有独特的性能,它们可以在室温下工作而不会性能下降,这使得它们有希望用于辐射热探测应用。此外,该器件无需p-n结即可工作,简化了制造过程。图2. 基于Ta2NiSe5的PD在4.6 µm光照下的光响应。(a)从I-t曲线中提取的Vds和Plight相关光电流。(b)Ta2NiSe5纳米片电阻的温度依赖性。(c)Vds为1V的基于Ta2NiSe5的PD的单个响应过程。(d)基于Ta2NiSe5的器件在4.6 µm激光照射下的晶格加热的典型示意图。(e)4.6 µm激光照射下典型Ta2NiSe5基PD的扫描光电流图,以及−1、0和1 V偏压照射下测辐射热机制器件的能带对准。接下来,520 nm-4.6 µm波长范围内的光的光谱响应度如图3a(左纵轴)所示,在4.6 µm处峰值为0.86 A W−1。在图3a(右纵轴)中,在不同激发波长上进行的EQE测量表明,随着波长的增加,EQE逐渐下降。由入射光子和晶格振动之间的相互作用产生的有限的能量转换效率,以及两端电极的有限收集,通过阻碍入射光子到光生载流子的有效转换,降低了材料的量子效率。重要的是,从可见光到MWIR光谱范围(520 nm-4.6 µm)实现了0.23至82.22的EQE值。与许多传统报道的基于低维材料的PD相比,基于Ta2NiSe5的PD的EQE显著更高,如图3b所示。从1 Hz到10 kHz测量的电流噪声功率谱如图3c所示,然后将NEP计算为NEP=in/RI(图3d),其中在520 nm处获得的最小NEP≈0.45 pW Hz−1/2,在4.6 µm处获得的最低NEP≈18 pW Hz−1/2。基于Ta2NiSe5的PD的较低NEP证明了它们区分信号和噪声的优异能力。图3e显示了与传统大块材料和基于2D材料的PD相比,基于Ta2NiSe5的PD在不同偏压下的波长依赖性特异性检测。对于光电导和测辐射热计响应,D*显示出3.5×1010至8.75×108cm Hz1/2W−1的轻微波动。我们的PD的D*与最先进的商业PD相当,并且高于基于可见光到中红外区域的2D材料的PD。图3. 基于Ta2NiSe5的PD的可见光至MWIR区域的宽带光响应。(a)Vds=1时RI(蓝色实心正方形)和EQE(红色实心圆)的波长依赖性。(b)基于Ta2NiSe5的PD与2D和块体材料PD的EQE的比较。(c)从1 Hz到10 kHz测量的电流噪声功率谱。(d)基于Ta2NiSe5的PD与以前的PD的NEP性能比较,插图显示了NEP的波长依赖性。(e)不同波长下的比探测率(D*)与基于2D材料的最先进的其他PD以及商用红外PD的比较。为了确定基于Ta2NiSe5的PD的偏振依赖性,我们进行了如图4a所示的实验。垂直入射光使用格兰泰勒棱镜进行偏振,通过旋转半波片同时保持恒定的激光功率来改变样品的激光偏振方向和b轴之间的关系。对最具代表性的638 nm激光偏振特性进行研究,图4b,c显示,随着极化角的变化,光电流表现出显著的周期性变化,最大值和最小值分别沿Ta2NiSe5纳米片的b轴和a轴方向获得。值得注意的是,图4c中的偏振依赖性光响应图显示了由于Ta2NiSe5晶体的[TaSe6]2链的潜在1D排列而导致的两片叶子的形状。最终结果显示,各向异性比(Iph-max/Iph-min)达到约1.47,表明基于Ta2NiSe5的PD的整体性能优于大多数其他报道的PD,如图4f所示,并为设计未来的多功能、空气稳定的光电子器件提供了广阔的前景。图4. 基于Ta2NiSe5的PD的偏振敏感光电检测。(a)利用Ta2NiSe5材料的基于纳米片的偏振敏感光电探测器的示意图。(b)在638 nm激光源下记录的光偏振方向为0°至360°的时间分辨光响应。(c)在638 nm偏振激光下,Vds为−1至0V的光电流中各向异性响应的各向异性响应图。(d)通过在638 nm激光下扫描Ta2NiSe5基PD获得的光电流图,偏振角从0°到180°不等。(e)创建极坐标图以显示在638 nm线性偏振激光照射下在40、36和17 nm厚度下产生的角度分辨光电流。(f)与其他常用的2D和1D材料相比,光电流各向异性比和光响应范围。为了充分探索基于Ta2NiSe5单元的PD在多应用成像中的潜力,如图5a所示构建了一个成像系统。采用逐点或逐像素覆盖整个物体区域,用聚焦的可检测光束照射物体,PD检测到的光电流信号由锁定放大器、前置放大器和计算机收集,计算机记录位置坐标生成高质量图像。为了测试基于Ta2NiSe5的PD的成像能力,将具有“HIAS”图案(15 cm×5 cm)的中空金属板放置在520 nm激光器前面,并以优于0.5 mm的高分辨率成功捕获了所产生的成像,如图5b所示。通过控制外部偏置,可以改变PD在638 nm照明下的响应,并成功实现物体成像清晰度,如图5c所示。在NIR范围内,在基于Ta2NiSe5的PD中获得了覆盖载玻片的钥匙锯齿状边缘的高对比度图像(图5d)。此外,基于Ta2NiSe5的设备在近红外和MWIR区域都表现出高度稳定的响应,确保了高对比度成像以智能识别宏观物体。为了证明这一特性,在1550 nm和3.2 μm处实现了复合物体(硅片和长尾夹)的双通道成像。如图5e所示,近红外光只能检测到一半的长尾夹,而MWIR辐射可以显示整个长尾夹。结果证明了基于Ta2NiSe5的PD在军事和民用应用中检测隐藏物体的潜力。图5. Ta2NiSe5基PD的光电成像应用。(a)使用PD作为成像像素的成像系统的示意图。(b)520 nm处的“HIAS”物体(上图)和相应的高分辨率成像图(下图)。(c)在638 nm处,Vds为0.05、0.1、0.5和1 V的“H”对象。(d)1550 nm覆盖载玻片的钥匙成像。(e)在1550 nm和3.2 µm处被硅片部分隐藏的长尾夹的成像。本文揭示了h-BN封装的Ta2NiSe5基PD在环境条件下在520 nm至4.6 µm的宽光谱范围内工作的特殊光电特性,受光电导和测辐射热效应的控制。光电探测器同时表现出宽带和快速的光电探测能力,具有显著的响应性,超过了现有商业室温探测器的性能。基于Ta2NiSe5的PD的室温响应度达到了34.44 AW−1(520 nm)、32.14 AW−1(638 nm)、29.81 AW−1(830 nm)、20.92 AW−1(1550 nm),16.58 AW−1(2 µm)和0.86 AW−1(4.6 µm)。基于Ta2NiSe5的PD的独特光学特性使其适合于各种应用,包括传感、成像和通信,并且它们与其它2D材料的集成可以进一步增强它们的性能和功能。因此,这项工作的研究为利用2D材料设计稳定的光电探测器铺平了道路,为推进下一代红外光电子研究的发展做出了贡献。论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202305380
  • 牛津仪器发布牛津仪器Xplore能谱探测器新品
    Xplore能谱探测器的推出完善了牛津仪器能谱产品系列,使得广大用户可以使用AZtecLive实时元素分布功能。15/30mm2 有效晶体面积在用户电镜上保证Mn Kα≤129eV分辨率(@100,000cps)最大计数率超过1Mcps全部零件现场可更换,保证更少的宕机时间支持三个软件平台: AZtecLiveLite AZtecLiveOne AZtecOneXplore是SEM常规分析所用新一代EDS探测器。探测器有效晶体面积为15/30mm2 ,应用范围广泛。Xplore使用了Ultim Max探测器中诸多新技术,它提供了实时EDS分析所需的快速数据采集,同时保证了常规分析所需的自动可靠的结果。速度-Extreme电路与X1脉冲处理器的结合使Xplore能够以1,000,000 cps的计数率进行面分布分析,并以100,000 cps的速度进行准确定量分析灵敏度-新的紧凑型设计使得探测器体积小巧且便于现场维修,更大限度地延长工作时间并减少宕机时间Extreme电路-Xplore结合了先进的Extreme电路,提供尽可能低的噪音信号检测和处理。确保在高计数率下获得优异的能量分辨率和谱图质量,保证在100,000 cps下获得129eV Mn Kα分辨率创新点:速度-Extreme电路与X1脉冲处理器的结合使Xplore能够以1,000,000 cps的计数率进行面分布分析,并以100,000 cps的速度进行准确定量分析灵敏度-新的紧凑型设计使得探测器体积小巧且便于现场维修,更大限度地延长工作时间并减少宕机时间Extreme电路-Xplore结合了先进的Extreme电路,提供尽可能低的噪音信号检测和处理。确保在高计数率下获得优异的能量分辨率和谱图质量,保证在100,000 cps下获得129eV Mn Kα 分辨率牛津仪器Xplore能谱探测器
  • 测温仪背后的故事——红外探测器
    一场突如其来的新冠肺炎疫情,成为了2020开年的头等大事。全民防疫的举措让这场没有硝烟的战争不再猝不及防。飞机场、火车站、公司、小区、超市等入口处都能见到防疫工作者的身影。他们是防疫先锋,是公共健康的卫士,是居民区的守护者。而他们的必备神器之一——手持测温仪,也进入了公众的视野,广为人知。今天,我们就来聊一聊测温仪的那些事。受疫情影响,很多人在家办公,出门不是去超市买菜,就是门口取快递。当然,还有不少人在硬核上班。无论出入小区,还是车站进站,现阶段都要经过体温检测。相信大家都有经历过,防疫工作者手持测温仪,对着额头一扫,立刻就显示你的体温数据,非常方便。有很多人对这测温仪都深感好奇,想知道它是怎么工作的。也有人担心它的准确性,担心把自己体温测高了。那么,我们就从测温仪的原理和精确度控制这两点说起。首先,大家都熟悉传统体温计测温的方法,而这种方法显然不适合用于传染性强的新型冠状病毒的防护工作。在这次防疫战中,小巧便携,无需身体接触的手持测温仪就成了急先锋。扫一扫,一秒之内测出体温的测温神器让人们眼前一亮;更令人印象深刻的,还有车站、机场等带有视频的成像测温仪,后者能在快速行进的人流中,辨别每个人的体温,并用保存视频成像。相信你肯定好奇过它们究竟是怎么做到的。接着,我们来一探究竟其中的科学原理。[1] 地铁站检票口的体温监测站(图片摘自人民网)温度和光我们都知道,水银体温计能够测人体的温度,是水银玻璃泡和人体接触后,经过一段时间的热量传递,最终与人体温度达到一致的原理(热平衡)。而测温仪并没有和人体接触,为何能如此快速采集温度信息呢?[2] 水银温度计(图片摘自百度网)答案其实大家也是耳熟能详,那就是---光!没错,就是我们所熟知的那个光!但是这个光,并不是人眼能看到的可见光,而是与可见光相邻的红外光,这里需要科普一下,我们平时所说的可见光实际上是电磁波的一种,电磁波有连续的波谱分布,红外光的波段在红色光之外,因此得名红外光。再简单提一下,除了可见光和红外光,很多电磁波都与大家的生活息息相关,按波长由短到长,有医院CT的X射线,防晒霜防的紫外线,太阳光,灯光,微波炉的微波,电台的射频信号等等,都属于电磁波。[3] 生活中的电磁波(图片摘自NASA Science)说到这里,肯定有人表示,道理我都懂,但是红外光跟人体温度有什么关联呢?关联是必然的,因为人体发射的光,就是红外光!没说错,人体是发光的,而且是无时无刻的在发光。复杂的原理就不赘述了,大家只要记住,任何温度高于绝对零度(零下273.15摄氏度)的物体都会以电磁波的形式向外辐射能量,至于绝对零度(-273.15℃)的物体嘛,大家放心,那是不存在的!红外光和人体温度的关系那么问题来了,既然每人每时每刻都在发射红外光,仪器凭什么就能辨别出正常温度和高烧呢?还能准确读出每个人的温度?这里,我们请一位大佬帮忙解答,他就是与爱因斯坦并称20世纪最重要的两大物理学家,量子力学奠基人之一的马克斯普朗克,他于1900年提出的普朗克黑体辐射定律,完美诠释了温度与辐射的关系。马克斯普朗克简单来讲就是,不同温度的物体发射的光是不一样的,如下示意图, 四条不同的曲线,代表不同温度下黑体辐射的光谱分布,这里的K是热力学温度,数值等于摄氏度+273.15。大家可以看到,温度越高,黑体辐射光的强度就越大,峰值的位置就越靠近紫外区域。那么,答案就呼之欲出了,如果探测到了人体的辐射强度和波谱分布,就完全可以反推出温度T!这就是测温仪测体温的原理。(人体虽不是黑体,却也遵循普朗克定律)。利用红外光探测人体温度究竟准不准?说完测温仪原理的故事,我们再来说说怎么确保每个测温仪都能测得准。上文中,细心的小伙伴发现,普朗克定律图示并没有想象中那么简单,图中展示差异性的谱图都相差了1000℃,人体怎么可能差上1000℃呢?没错,我们人体的温度平均值也就在36℃到37℃之间了,高过37℃的,抗疫期间怕是要去隔离观察了。那么关键点来了,相差几摄氏度的人体辐射谱图中,辐射强度和波谱的差异是非常小的,如何确保测温仪能把握这细小的差异呢?要知道,人体测温的准确性要求是比较高的,特别是在抗疫期间,正常的体温就是大家的通行证。这点上,咱们国家更是不含糊,对于此类测温装置也出台了相应的国家标准来规定精准度。那么,生产厂家是如何确保每台测温仪的准确性呢?下面就让我们来剖析测温仪,探究这里的科学原理。测温仪的"CPU"是什么?我们先从测温仪的构成说起,可以看到下图中,真正与红外光直接相关的,便是红外探测器,顾名思义,这正是测温仪利用红外测温的核心元件,就好比CPU芯片是手机电脑的核心。而它的质量直接决定了测温的准确性。那么,如何判定红外探测器的质量呢?[4] 额温枪(图片摘自网络)这就需要了解红外探测器测红外的细节。简单来说,红外探测器也是由材料构成,红外探测器上的特殊光感材料可以接收外界的红外辐射,并将其转换为电信号,再进行分析计算,最终给出温度值。因此评价红外探测器的好坏,就是评判其将光转换为电信号的能力。在讲红外探测器的评价之前,我们插一句,火车站,机场中带成像系统的测温仪,采用的是更高端的焦平面阵列红外探测器(FPA技术)。[5] 设置在火车站的带成像系统的测温仪(图片摘自包头新闻网)这类成像测温仪就如同照相机或摄像仪,内部感光平面内,分布了很多像素点,焦平面上每一个像素点就是一个红外探测器,这种技术具有二维空间分辨的能力,具备红外成像功能,可以将发高烧的人从人群中辨别出来。如何评价红外探测器,确保其准确性?一般来说,无论是采用单点红外检测器的耳温枪还是FPA焦平面检测器的红外成像测温仪都不需要极快的反应时间或极高的空间分辨率,甚至无需光谱分辨率。所以这类红外检测器的精确度通常是采用激光功率计或热敏电阻等方法来评定的。但是,类似原理的红外探测器还有很多其他的应用领域,尤其是需要FPA焦平面检测器的红外成像仪已经被广泛的应用于军需夜视或热追踪系统、高速热成像、质检或产品研发(针对散热或热工特性)、医疗热成像及红外显微镜等诸多方面。这些应用领域对红外检测器件本身以及对由这些器件组成的测量仪器的性能都有更严苛的要求,比如,需要微秒甚至纳秒级的超短反应时间,需要光谱信息用于化学成像,需要较高的空间分辨率以表征微小物品,需要较高的光谱分辨率,最佳的灵敏度和信噪比,甚至对FPA检测器中每个像素点的均匀一致性都有要求。为了研制和开发这些高端的红外检测器件,科学家们需要用到一种重要的表征方法---傅立叶红外光谱法。实现该法的核心设备就是在科学研究、监测分析领域常见的傅立叶红外光谱仪(简称FTIR红外光谱仪)。FTIR红外光谱仪——表征红外探测器FTIR红外光谱仪是专门应用于红外光谱研究相关的科学仪器,配有标准的红外光源,所发射的红外光经过干涉仪后,经过照射样品,最终到达红外探测器,解析探测器的电信号,并进行FT转换计算,即可得到包含能量强度和波谱分布的红外谱图。科学家们就是把这种检测技术应用到了评价红外探测器材料好坏的研究中,在对光敏度、稳定性等等复杂的研究分析之后,才研发出适合于各种不同应用领域的红外探测器材料,进而工厂将其研究的材料转化为探测器并且大量生产而成为真正实用的商品(包括红外测温仪及其他更为复杂的尖端仪器),发挥了科学家研究的作用。换言之,红外光谱仪对于探测器的表征研究,就好比是一把精准的卡尺,用它来检验每一根直尺的长度是否达到科学家们想要实现的标准。傅立叶变换红外光谱仪以上就是测温仪背后故事的小科普,相信大家对于最近很亮眼的测温仪会有更进一步的了解,对红外探测器精确度的控制以及红外探测器的诸多应用领域也有了更深层次的认知。通过科学家们的努力,和我们生活息息相关的大型红外成像测温仪的准确度、检测能力、检测距离、检出速度和检测区域内的均匀性(即精准度)都会越来越好。所谓工欲善其事必先利其器,实际上并不是所有的红外光谱仪都能做红外探测器的研究与表征,能作为标尺的设备,当然只有技术过硬,具备特殊技能红外光谱仪才能实现!如果您对检测器表征科研课题感兴趣,可以阅读布鲁克的相关应用信息。如果您对红外整体技术感兴趣,长按下方二维码填写产品需求信息表,与我们取得联系。疫情期间,大家做好防护,注意安全。一起为祖国加油!为武汉加油!点击下载布鲁克应用手册——红外检测器表征如果您对我们的红外技术感兴趣,欢迎与我们取得联系,请拨打400热线电话400-777-2600。
  • 国产化替代又一新成就——焜腾红外全球首发二类超晶格SF6红外热成像探测器
    近日,浙江焜腾红外技术股份有限公司(以下简称“焜腾红外”)通过持续的技术投入和研发试制,迎来了国产化替代的又一重要新成就:在二类超晶格(T2SL)材料技术优势基础上进一步深耕,往更长波方向迈进。该制冷型红外焦平面热成像探测器在覆盖普通长波的基础上,将波长延伸至11 μm-12 μm,正式推出器件覆盖10.3 μm-10.7μm波段,涵盖320 × 256和640 × 512二种面阵规格。该探测器可实时快速精准定位有害气体六氟化硫(SF6)的泄漏位置,并具有呈现高量子效率、高清晰度、高灵敏度、高精确度的气体泄漏热像视图的优势。二类超晶格六氟化硫(SF6)红外热成像探测器作为大气环保监测的一个有效手段,六氟化硫(SF6)气体红外热成像探测器可广泛应用于能源电力、环保监测、石油化工、船舶运输等领域,特别适用于电力行业中大型变电站的主变压器故障监测,变电站主变压器一旦出现故障,会泄漏六氟化硫(SF6)有害气体,如何通过远程非接触式的方式去判断SF6有害气体泄漏,一直以来都是行业难题。六氟化硫(SF6)气体红外探测器作为一种比较行之有效的监测手段,其核心探测器多年来一直靠进口国外厂家的产品来满足。之前国内生产的SF6热成像仪中使用的探测器一直是通过进口的量子阱(QWIP)探测器来实现。此次焜腾红外突破技术壁垒,利用其二类超晶格技术优势,攻克了这一技术难题,实现了核心材料和技术的全新国产化替代。同时,焜腾红外也是行业内全球第一家推出二类超晶格技术的六氟化硫(SF6)气体红外热成像探测器的企业,可谓国产化替代的又一里程碑!接下来,焜腾红外将持续提升产品技术优势,与行业内优秀的红外热成像整机厂商一起为电力设备故障监测及其他领域的有害气体监测提供有效的技术手段,用焜腾造中国“芯”武装这一领域的仪器与设备!关于焜腾红外焜腾红外成立于2017年9月,是国内仅有的几家集生产与研发制冷型红外探测器及激光芯片的国家高新技术企业,建有浙江省高新技术研发中心,2022年入选国家级第四批“专精特新小巨人企业”。多年来公司专注于红外探测芯片材料、器件、测试、封装等关键技术的研发,致力于Ⅱ类超晶格红外探测器的国产化研发生产与产业化应用,在大气环境监测、环保治霾等民用领域实现批量化应用,为实现碳达峰碳中和国家战略提供了有效的技术手段。
  • 多国探测器飞抵火星,科学仪器助力火星探测
    近日,中国“天问一号”、美国“毅力号”以及阿联酋“希望号”火星探测器飞抵火星轨道。中国“天问一号”携13台科学仪器踏入环火轨道2月10日,“天问一号”火星探测器顺利实施近火制动,完成火星捕获,正式踏入环火轨道。据了解,天问一号共携带了13个高科技科学仪器,火星磁力仪,火星矿物学光谱仪,火星离子和中性粒子分析仪,火星高能粒子分析仪,火星轨道地下探测雷达,地形摄像机,火星探测器地下探测雷达,火星表面成分检测器,火星气象监测器,火星磁场检测器,光谱摄像机,还有两个先进摄像头。其中,轨道器配备了7个科学仪器,火星巡视车配备了6个科学仪器。火星表明成分探测仪结合了被动短波红外光谱探测和主动激光诱导击穿光谱探测技术,可以探测火星表面物质反射太阳光的辐射信息,同时其可主动对几米内的目标发射激光产生等离子体,测量原子发射光谱可准确获取物质元素的成分和含量。火星矿物光谱分析仪搭载在火星环绕器上。在环绕器对火星开展科学遥感探测期间,该仪器可在近火段800km以下轨道,通过推帚式成像、多元实时动态融合的总体技术,获取火星表面的地貌图像与相应位置的光谱信息,为探测火星表面元素与矿物成分等提供科学数据。小型化、高集成化是深空探测载荷发展的主要趋势。火星离子与中性粒子分析仪采用从传感器到电子学进行最大限度共用的设计思路,在一台仪器中实现对离子和能量中性原子进行能量、方向和成分的探测,大大降低了仪器对卫星平台的资源需求。仪器采取静电分析进行离子的方向和能量测量、采取飞行时间方法进行离子成分的测量。中性原子采用电离板电离成带电离子,后端的能量测量和成分测量与离子相同。鉴定件样机已经完成了初步的测试定标,结果表明其满足设计要求。 阿联酋“希望号”携3组设备抵达火星当地时间2月9日,阿联酋“希望号”火星探测器抵达火星,对火星大气开展科学研究。这是阿联酋首枚火星探测器,由阿联酋和美国合作研制。“希望”号探测器历经半年时间,飞行近5亿公里,阿联酋由此成为第五个到达火星的国家。“希望”号于2020年7月20日从日本鹿儿岛县种子岛宇宙中心发射升空。“希望”号主要任务是研究火星气候和大气的日常和季节变化。由于阿联酋政府明确要求该国项目团队不能直接从别国购买探测器,阿联酋的工程师深度参与了合作研发。“希望”号高约2.9米,其太阳能电池板完全展开时宽约8米,重1.5吨,携带3组研究火星大气层和监测气候变化的设备。“希望”号的主要任务是拍摄火星大气层图片,研究火星大气的日常和季节变化。与人类今年计划发射的另外两个火星探测器不同,“希望”号不会在火星着陆,而是在距火星表面2万至4万公里的轨道上环绕火星运行。“希望”号绕火星运行一周需要大约55小时,它将持续围绕火星运行至少两年。美国“毅力号”漫游者火星车将登录火星美国宇航局的“毅力号(Perseverance)”漫游者火星车目前计划于2021年2月18日着陆。该次着陆顺序大多为自动化。据了解,“毅力号”(Perseverance)火星探测器为NASA公布的新一代火星车,由美国的初一学生亚历山大马瑟命名,用于搜寻火星上过去生命存在的证据。2020年5月18日,NASA公布“毅力号”火星车多项测试视频集锦,由于火星车登陆后无法对其进行维修,团队需确保其能承受极端温度变化及持续辐射的环境。2020年7月30日,美国“毅力”号火星车从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地升空。毅力号探测器将进行一次近7个月的火星旅行,并于2021年2月18日在火星杰泽罗陨坑(Jezero)内以壮观的“空中起重机”方式安全着陆。“毅力号”是一个2300磅(1043千克)的火星车,是世界最大的行星漫游车。其样品处理臂由一对组件组成:Bit Carousel和Adaptive Caching Assembly(自适应缓存装置),它们将用于收集、保护这些灰尘和岩石样本并将其返回给科学家。Bit Carousel 由9个钻头组成,火星车将使用它们钻入地面,拉动样本并将它们传递到火星车内部,以通过自适应缓存装置进行分析。该系统具有七个电机和总共3000个零件,并负责存储和评估岩石和灰尘样品。毅力号身上总共安装了五款成像工具,首先是桅杆头上的SuperCam(位于大的圆形开口中),其次是两个位于桅杆下方灰框中的Mastcam-Z导航摄像头。激光、光谱仪、SuperCam成像仪将用于检查火星的岩石和土壤,以寻找与这颗红色星球的前世有关的有机化合物。两台高分辨率的Mastcam-Z相机能够与多光谱立体成像仪器一起工作,以增强毅力号火星车的行驶和岩心采样能力。该探测器的10个科学设备中有一个叫做“MOXIE”,它能从火星稀薄、以二氧化碳为主的大气层中制造氧气,这些的设备一旦扩大规模,就可以帮助未来宇航员探索火星,这是美国宇航局将在21世纪30年代实现的重要太空目标。此外,一架被命名为“Ingenuity”的1.8公斤重的小型直升机将悬挂在毅力号腹部位置抵达火星,一旦毅力号找到合适位置,Ingenuity直升机将分离,并进行几次试飞,这将是首次旋翼飞行器在地外星球飞行。美国宇航局官员表示,如果Ingenuity直升机成功飞行,未来火星任务可能经常采用直升机作为探测器或者宇航员的“侦察兵”。旋翼飞行器可以进行大量科学勘测工作,探索难以到达的区域,例如:洞穴和悬崖。同时,Ingenuity直升机配备一个摄像系统,可以拍摄具有重要研究价值的火星表面结构 。美国洞察号执行任务失败,被迫“冬眠”然而,火星探测并非一帆风顺,与此同时,也传来了美国“洞察号”任务失败的消息。“洞察”号火星无人着陆探测器是美国宇航局向火星发射一颗火星地球物理探测器,它的机身设计继承先前的凤凰号探测器,着陆火星之后将在火星表面安装一个火震仪,并使用钻头在火星上钻出迄今最深的孔洞进行火星内部的热状态考察。根据项目首席科学家布鲁斯巴内特(Bruce Banerdt)的说法,这一探测器将是一个国际合作进行的科学项目,并且几乎是先前大获成功的凤凰号探测器的翻版。据了解,洞察号搭载完全不同的3种科学载荷,包括两台由欧洲提供的仪器,专门设计用于探查这颗红色星球的核心深处,从而了解与其形成过程相关的线索。它将探测这里是否存在任何地震现象,火星地表下的地热流值,火星内核的大小,并判断火星的内核究竟处于固态还是液态。巴内特说:“地震仪设备(即SEIS,全称为‘内部结构地震实验’)由法国提供,地热流值探测仪(HP3,即热流和物理属性探测仪)则由德国提供。按照计划,热流探测器需要将探头打入地下5米深的位置。然而,由于热探针始终无法获得挖掘所需的摩擦力,美国NASA官方宣布,用于探索火星的洞察号执行任务失败。与此同时,由于“洞察”号使用太阳能电池板从太阳获取能量,而火星的冬季也是火星距离太阳最远的时候,再加上洞察号火星探测车的太阳能电池板目前被灰尘覆盖,大大减小了它能获取到的太阳能,“洞察”号将被迫进入“冬眠”。火星探测道阻且长。
  • 想了解IVD用光电探测器前沿信息?还不赶快...
    据《中国医药健康蓝皮书》数据,2014年我国体外诊断产品市场规模达到了306亿元,预计2019年将达到723亿元,年均复合增长率高至18.7%。市场如火如荼,充满机会,也充满挑战。体外诊断仪器如何达到更高的行业要求?如何应对更广泛的市场需求? 3月7日至9日,诚邀您前来CACLP 2016滨松中国展台(西安曲江国际会议中心,B2馆 321/322)。从核心探测力,这最关键的第一步出发,了解仪器成为“实力派”的更好可能。 本次我们将展示的产品可覆盖生化分析、血液分析、分子诊断、免疫分析等多个方面。模块化产品将进行着重呈现,如光电倍增管模块、闪烁氙灯模块、光学模块,可为仪器开发提供更多的便捷。此外,新型探测器——MPPC(硅光电倍增管)的系列新品,也将于本次将首次出展。各种不同的探测器、光源各有特征,不论从尺寸、性能,还是应用、成本,都可灵活满足众多体外诊断应用需求,欢迎您届时前来现场观览详询。(B2馆 321/322)
  • 长春光机所等研制出高灵敏度垂直结构光电探测器
    p style="text-align: justify text-indent: 2em "近日,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光子实验室的于伟利与罗切斯特大学郭春雷研究团队合作,针对基于钙钛矿多晶薄膜的光电探测器性能易受晶界和晶粒缺陷的影响问题,采用空间限域反温度结晶方法,合成了具有极低表面缺陷密度的MAPbBr3薄单晶,并将该高质量的薄单晶与高载流子迁移率的单层石墨烯结合,制备出了高效的垂直结构光电探测器。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "近几十年来,光电探测器受到学术界和工业界的广泛关注,并被广泛应用到光通信、环境监测、生物检测、图像传感、空间探测等领域。甲基铵卤化铅钙钛矿(CH3NH3PbX3, X=Cl,Br,I)是近年来兴起的一种钙钛矿材料,因其具有直接带隙、宽光谱响应、高吸收系数、高载流子迁移率、长载流子扩散系数等优点,逐渐成为制备光电探测器的前沿热点材料。目前,基于钙钛矿多晶薄膜的光电探测器性能距预期仍有一定距离,一个主要原因在于载流子在界面的传输易受晶界和晶粒缺陷的影响。许多研究组尝试将钙钛矿多晶薄膜与高迁移率二维材料相结合来提高器件的性能,并取得了一定的效果,但钙钛矿多晶晶界带来的负面影响尚未解决。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "该研究团队利用空间限域反温度结晶方法生长出的MAPbBr3薄单晶具有亚纳米表面粗糙度且没有明显的晶粒界畴,可以结合高质量钙钛矿单晶合成技术和单层石墨烯转移技术制备高性能的垂直结构光探测器。所制备的垂直结构光电探测器在室温下具有较高的光电探测率(~ 2.02× 1013 Jones);在532 nm激光照射下,与纯钙钛矿MAPbBr3单晶薄膜的光电探测器相比,钙钛矿-石墨烯复合垂直结构光电探测器的光电性能(光响应度、光探测率和光电导增益)提高了近一个数量级。载流子超快动力学研究证明,该器件性能的提高主要归因于高质量钙钛矿单晶的钙钛矿载流子寿命增长和石墨烯对自由电荷的有效提取及传输。相关结果已发表在Small(DOI: 10.1002/smll.202000733)上。    /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "该研究将钙钛矿单晶材料和二维材料石墨烯有效结合在一起,利用二者在载流子产生、输运方面的协同优势,实现了器件性能的提升,展现了器件结构及能带设计对器件性能的调控能力,为制备高性能钙钛矿光电探测器提供了新思路。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/48f51961-fad3-4042-8faa-7cbd8255f9d8.jpg" title="高灵敏度钙钛矿单晶-石墨烯复合垂直结构光电探测器.jpg" alt="高灵敏度钙钛矿单晶-石墨烯复合垂直结构光电探测器.jpg"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strong高灵敏度钙钛矿单晶-石墨烯复合垂直结构光电探测器/strong/ppbr//p
  • 跨向理想X射线探测器的一小步-高分辨、非晶硒X射线探测器及其应用
    “对于相干衍射成像(CDI),微米级像素的非晶硒CMOS探测器将专门解决大体积晶体材料中纳米级晶格畸变在能量高于50 keV的高分辨率成像。目前可用的像素相对较大的(〜55μm像素),基于medipix3芯片光子计数、像素化、直接探测技术无法轻易支持高能布拉格条纹的分辨率,从而使衍射数据不适用于小晶体的3D重建。” 美国阿贡国家实验室先进物理光子源探测器物理小组负责人Antonino Miceli博士讲到。相干X射线衍射成像作为新兴的高分辨显微成像方法,CDI方法摆脱了由成像元件所带来的对成像分辨率的限制,其成像分辨率理论上仅受限于X射线的波长。利用第三代同步辐射光源或X射线自由电子激光,可实现样品高空间分辨率、高衬度、原位、定量的二维或三维成像,该技术在材料学、生物学及物理学等领域中具有重要的应用前景。作为一种无透镜高分辨、无损成像技术,CDI对探测器提出了较高的要求:需要探测器有单光子灵敏度、高的探测效率和高的动态范围。目前基于软X射线的相干衍射成像研究工作开展得比较多,在这种情况下科研工作者通常选用是的基于全帧芯片的软X射线直接探测相机。将CDI技术拓展到硬X射线领域(50keV)以获得更高成像分辨率是目前很多科研工作者正在尝试的,同时也对探测器和同步辐射光源提出了更好的要求。如上文提到,KAimaging公司开发了一款非晶硒、高分辨X射线探测器(BrillianSe)很好的解决的这一问题。下面我们来重点看一下BrillianSe的几个主要参数1. 高探测效率 如上图,间接探测器需要通过闪烁体将X射线转为可见光, 只有部分可见光会被光电二极管阵列,CCD或CMOS芯片接收,造成了有效信号的丢失。而BrillianSe选用了具有较高原子序数的Se作为传感器材料,可以将大部分入射的X射线直接转为光电子,并被后端电路处理。在硬X射线探测效率远高于间接探测方式。BrillianSe在60KV (2mm filtration)的探测效率为:36% at 10 cycles/mm22% at 45 cycles/mm10% at 64 cycles/mm非晶硒吸收效率(K-edge=12.26 KeV)BrillianSe在60KV with 2 mm Al filtration的探测效率,之前报到15 μm GADOX 9 μm pixel 间接探测器QE 为13%。Larsson et al., Scientific Reports 6, 20162. 高空间分辨BrillianSe的像素尺寸为8 µm x8 µm,在60KeV的点扩散为1.1 倍像素。如下是在美国ANL APS 1-BM光束线测试实验室布局使用JIMA RT RC-05测试卡,在21keV光束下测试3. 高动态范围75dB由于采用了100微米厚的非晶硒作为传感器材料。它具有较大满井为877,000 e-非晶硒材料,不同入射光子能量光子产生一个电子空穴对所需要电离能BrillianSe主要应用:高能(50KeV)布拉格相干衍射成像低密度相衬成像同步辐射微纳CT表型基因组学领域要求X射线显微CT等成像工具具有更好的可视化能力。此外需要更高的空间分辨率,活体成像的关键挑战在于限制受试者接收到的电离辐射,由于诱导的生物学效应,辐射剂量显着地限制了长期研究。可用于X射线吸收成像衬度低的物体,如生物组织的相衬X射线显微断层照相术也存在类似的挑战。此外,增加成像系统的剂量效率将可以使用低亮度X射线源,从而减少了对在同步辐射光源的依赖。在不损害生物系统的情况下,在常规实验室环境中一台低成本、紧凑型的活体成像设备,对于加速生物工程研究至关重要。同时对X射线探测器提出了更高的要求。KAimaging公司基于独家开发的、专利的高空间分辨率非晶硒(a-Se)探测器技术,开发了一套桌面高效率、高分辨的微米CT系统(inCiTe™ )。可以从inCiTe™ 中受益的应用:• 无损检测• 增材制造• 电子工业• 农学• 地质学• 临床医学• 标本射线照相 基于相衬成像技术获得优异的相位衬度相衬成像是吸收对比(常规)X射线成像的补充。 使用常规X射线成像技术,X射线吸收弱的材料自然会导致较低的图像对比度。 在这种情况下,X射线相位变化具有更高的灵敏度。因为 inCiTe™ micro-CT可以将物体引起的相位变化转为为探测器的强度变化,所以它可以直接获取自由空间传播X射线束相位衬度。 同轴法相衬X射线成像可将X射线吸收较弱的特征的可检测性提高几个数量级。 下图展示了相衬可以更好地显示甜椒种子细节特征不含相衬信息 含相衬信息 低密度材料具有更好的成像质量钛植入样品图像显示了整形外科的钛植入物,可用于不同的应用,即检查骨-植入物的界面。 注意,相衬改善了骨骼结构的可视化。不含相衬信息 含相衬信息 生物样品inCiTe™ 显微CT可实现软组织高衬度呈现电子样品凯夫拉Kevlar复合材料样品我们使用探测器在几秒钟内快速获取了凯夫拉复合材料的相衬图像。可以清楚看到单根纤维形态(左图)和纤维分层情况(右图)。凯夫拉尔复合物3维透视图 KA Imaging KA Imaging源自滑铁卢大学,成立于2015年。作为一家专门开发x射线成像技术和系统的公司,KA Imaging以创新为导向,致力于利用其先进的X射线技术为医疗、兽医学和无损检测工业市场提供最佳解决方案。公司拥有独家开发并自有专利的高空间高分辨率非晶硒(a-Se)X射线探测器BrillianSeTM,并基于此推出了商业化X射线桌面相衬微米CT inCiTe™ 。我们有幸在此宣布,经过双方密切的交流与探讨,众星已与KA Imaging落实并达成了合作协议。众星联恒将作为KA Imaging在中国地区的独家代理,全面负责BrillianSe™ 及inCiTe™ 在中国市场的产品售前咨询,销售以及售后业务。KA Imaging将对众星联恒提供全面、深度的技术培训和支持,以便更好地服务于中国客户。众星联恒及我们来自全球高科技领域的合作伙伴们将继续为中国广大科研用户及工业用户带来更多创新技术及前沿资讯!
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