【儀表網 研發快訊】高性能中波紅外光電探測技術通常以無源被動的模式進行全天時工作，兼具遠距離探測、抗干擾性和強穿透能力，在航天遙感、天文探測等多個領域發揮著不可替代的作用。近年來，新型范德華異質結BP/MoS2中波紅外單元器件已被驗證具備室溫工作和高靈敏度兼顧的紅外探測能力，有望推動紅外光電裝備小型化、輕量化，但是更具應用價值的陣列化器件鮮有報道。究其原因，目前這種基于新型范德華材料的異質結探測器通常是通過機械剝離、干/濕法轉移堆疊等方法構建的，轉移過程中應力的非均勻釋放常常導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。如何設計并實現兼顧高靈敏度和良好均一性的紅外探測器陣列，成為亟需解決的關鍵科學技術難題。
中國科學院上海技術物理研究所紅外科學與技術重點實驗室(紅外物理國家重點實驗室)胡偉達、王鵬與復旦大學開展合作，在范德華異質結中波紅外探測器線陣研究方面取得重要進展。團隊獨辟蹊徑，提出了一種溫度輔助的傾斜轉移方法，通過加熱促使材料熱膨脹，降低了無機材料與高分子聚合物之間的吸附能，有效緩解了轉移過程中因過度粘附導致的界面不平整和非均勻應力問題。適當的傾斜角度為應力釋放和界面污染物去除提供了方向性路徑，減少了應力集中和污染物殘留，從而解決了異質結接觸過程中常見的不均勻界面與污染問題。最終成功構建了8×1黑磷/二硫化鉬范德華異質結中波紅外光電探測器線陣。平滑界面和均勻厚度為高均一性的靈敏度提供可靠基礎。室溫下，高占空比的光電探測器線陣在3.6 μm處的平均黑體峰值探測率達到了2.34×109cm·Hz1/2·W-1。線陣探測器的被動成像功能采用推掃式的成像方式進行演示，與單像素成像相比，多通道并行讀出的成像方法實現了8倍的效率提升。利用去噪算法有效降低了非均勻響應引起的圖像帶狀噪聲，進一步提升了成像質量和目標識別能力。
該工作進展為實現室溫工作高靈敏中波紅外焦平面陣列提供重要基礎。相關成果以“Van der Waals mid-wavelength infrared detector linear array for room-temperature passive imaging”為題，于2024年8月2日在國際學術期刊Science Advances上發表。
圖1 非理想范德華異質結對光電探測過程的負面影響
圖2 黑磷/二硫化鉬范德華異質結紅外探測器線陣性能及其應用演示
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