【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】高性能中波紅外光電探測(cè)技術(shù)通常以無(wú)源被動(dòng)的模式進(jìn)行全天時(shí)工作，兼具遠(yuǎn)距離探測(cè)、抗干擾性和強(qiáng)穿透能力，在航天遙感、天文探測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。近年來(lái)，新型范德華異質(zhì)結(jié)BP/MoS2中波紅外單元器件已被驗(yàn)證具備室溫工作和高靈敏度兼顧的紅外探測(cè)能力，有望推動(dòng)紅外光電裝備小型化、輕量化，但是更具應(yīng)用價(jià)值的陣列化器件鮮有報(bào)道。究其原因，目前這種基于新型范德華材料的異質(zhì)結(jié)探測(cè)器通常是通過(guò)機(jī)械剝離、干/濕法轉(zhuǎn)移堆疊等方法構(gòu)建的，轉(zhuǎn)移過(guò)程中應(yīng)力的非均勻釋放常常導(dǎo)致大尺寸范德華材料的起皺，所形成非有效、非均勻的界面接觸，直接影響陣列的靈敏度和均一性。如何設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)兼顧高靈敏度和良好均一性的紅外探測(cè)器陣列，成為亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題。
中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所紅外科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(紅外物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)胡偉達(dá)、王鵬與復(fù)旦大學(xué)開(kāi)展合作，在范德華異質(zhì)結(jié)中波紅外探測(cè)器線陣研究方面取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，提出了一種溫度輔助的傾斜轉(zhuǎn)移方法，通過(guò)加熱促使材料熱膨脹，降低了無(wú)機(jī)材料與高分子聚合物之間的吸附能，有效緩解了轉(zhuǎn)移過(guò)程中因過(guò)度粘附導(dǎo)致的界面不平整和非均勻應(yīng)力問(wèn)題。適當(dāng)?shù)膬A斜角度為應(yīng)力釋放和界面污染物去除提供了方向性路徑，減少了應(yīng)力集中和污染物殘留，從而解決了異質(zhì)結(jié)接觸過(guò)程中常見(jiàn)的不均勻界面與污染問(wèn)題。最終成功構(gòu)建了8×1黑磷/二硫化鉬范德華異質(zhì)結(jié)中波紅外光電探測(cè)器線陣。平滑界面和均勻厚度為高均一性的靈敏度提供可靠基礎(chǔ)。室溫下，高占空比的光電探測(cè)器線陣在3.6 μm處的平均黑體峰值探測(cè)率達(dá)到了2.34×109cm·Hz1/2·W-1。線陣探測(cè)器的被動(dòng)成像功能采用推掃式的成像方式進(jìn)行演示，與單像素成像相比，多通道并行讀出的成像方法實(shí)現(xiàn)了8倍的效率提升。利用去噪算法有效降低了非均勻響應(yīng)引起的圖像帶狀噪聲，進(jìn)一步提升了成像質(zhì)量和目標(biāo)識(shí)別能力。
該工作進(jìn)展為實(shí)現(xiàn)室溫工作高靈敏中波紅外焦平面陣列提供重要基礎(chǔ)。相關(guān)成果以“Van der Waals mid-wavelength infrared detector linear array for room-temperature passive imaging”為題，于2024年8月2日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Science Advances上發(fā)表。
圖1 非理想范德華異質(zhì)結(jié)對(duì)光電探測(cè)過(guò)程的負(fù)面影響
圖2 黑磷/二硫化鉬范德華異質(zhì)結(jié)紅外探測(cè)器線陣性能及其應(yīng)用演示
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