上海技物所在多维光学信息获取领域取得突破

近日，中科院上海技术物理研究所红外科学与技术重点实验室王旭东副研究员团队在多维光学信息获取领域取得突破，提出了一种基于非对齐单极势垒光电探测器（misaligned unipolar barrier photodetector, 简写为MUBP）的创新技术，为多光谱检测和偏振检测集成到单一光电探测器提供了一种实用的方法，为红外探测器的集成化和智能化提供了新思路。研究成果以“Multi-dimensional optical information acquisition based on a misaligned unipolar barrier photodetector”为题，发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上。

红外光电探测器在众多领域中发挥着至关重要的作用，如夜视、天文学、光通信、健康监测和遥感等。当前，红外光电探测器的发展聚焦于集成化和智能化，而实现这一目标的关键在于利用单个光电探测器获取目标的多维光学信息，包括强度、光谱、偏振等。然而，将光谱检测和偏振检测集成到单一红外光电探测器中，面临着工艺和性能上的诸多挑战。该研究团队提出的非对齐单极势垒光电探测器（MUBP）结构，通过精准的能带工程，采用两端势垒结构实现了偏压可切换的双光谱检测。与三端器件相比，两端器件无需额外的公共电极，结构简单、制作工艺简便且填充因子高。

研究团队利用各向异性半导体材料黑磷（bP）和黑砷磷（b-AsP）作为吸收层，中间以二硫化钼（MoS₂）为势垒层。实验结果表明：该光电探测器能够分别在正向偏压和反向偏压下对目标的偏振和光谱实现检测；利用具有不同截止波长的两个吸收层，实现了双光谱检测；同时实现了室温下的黑体响应。此外，在双光谱红外光电探测器的远程温度测量方面表现出更高的准确性和可靠性。

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图1 (a)非对齐单极势垒光电探测器（MUBP）器件结构；(b-c)正向偏压和反向偏压下MUBP器件能带结构示意图；(d)器件MWIR1和MWIR2通道的双光谱响应；(e)器件在正向偏压和反向偏压下的偏振响应特性；(f)器件的目标温度检测特性。

上述研究成果由中国科学院上海技术物理研究所、国科大杭州高等研究院和复旦大学共同完成。红外科学与技术重点实验室王旭东副研究员、复旦大学陈艳青年副研究员、王建禄教授为论文共同通讯作者，张书魁博士后、焦韩雪博士后为论文第一作者。研究团队表示，将继续深入探索多维光学信息获取技术，为推动光电探测器的发展做出更大的贡献。

该研究得到了中国科学院B类先导专项、国家自然科学基金、上海市科委、中国博士后科学基金等多个项目的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51378-7