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南京大学在超弱红外光探测方面获突破进展
2025年06月12日 14:31:57
来源：Ky开元集团 点击量：4249
南京大学王肖沐教授和王军转教授通过设计遂穿结光电场效应晶体管，创新地提出基于陡坡效应的光电晶体管，这一突破重新定义了光电探测器的灵敏度标准。
近日，南京大学科研团队在超弱红外光探测领域取得了显著进展，这一突破重新定义了光电探测器的灵敏度标准。这项研究不仅为红外光探测技术的发展提供了新的方向，也为相关领域的科学研究和实际应用带来了新的可能。
南京大学王肖沐教授和王军转教授通过设计遂穿结光电场效应晶体管，创新地提出基于陡坡效应的光电晶体管(steep-slopephototransistors)，即通过降低亚阈值摆幅提升红外极限弱光探测探测能力的方法，突破了常规只采用比探测率定义探测器的探测极限的标准，并在实验上取得突破性进展。
在现代科技领域，高效灵敏的红外光检测技术在夜视、环境监测、医疗成像和通信等应用中具有关键作用。传统红外探测器通常采用比探测率(D*)和等效噪声功率(NEP)作为性能评价指标，然而在器件工作在非线性面对极弱光信号时，由于器件受到热扰动带来的所谓‘Boltzmanntyranny’的限制，往往需要先填充器件量子电容，从而降低载流子传输的势垒，严重制约了其在弱光探测中的应用性能。
针对这一技术瓶颈，科研团队提出创新解决方案，开发出隧穿结的场效应器件结构(TFET)。该器件利用隧穿效应实现小亚阈值摆幅(SS)，显著提升了光生载流子的收集效率，使弱光探测能力较传统器件提升30倍以上，取得了突破性进展。
研究团队采用窄禁带的黑磷作为探测器工作物质，通过创新性地分区栅控构造隧穿结的场效应器件结构，相比于传统的场效应晶体管(CFET)，随着载流子浓度增加，遂穿结更容易实现对载流子的抽取和收集，这样就对应更陡直更小的SS。通过测量器件变温输运曲线，分别提取了不同温度下的SS，证实了亚阈值区域TFET带间遂穿主导的工作模式，大大降低了SS。进一步研究了亚阈值摆幅(SS)与开启阈值的关联性，得到了探测阈值光功率基本和SS成正比的关系，实现了超弱红外光信号的高效捕获与转换，80K温度下，最低探测功率为35pW。这一突破性进展为红外探测技术的发展开辟了新途径，在微弱信号检测领域展现出重要应用价值。
南京大学在超弱红外光探测方面的这一重要进展，为光电探测器的灵敏度标准树立了新的标杆。相信在未来，随着这项技术的进一步完善和推广，将在科学研究和实际应用中发挥更大的作用，为推动相关领域的发展做出更大贡献。
素材来源：南京大学
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