西北大学 信用:CC0公共领域 西北大学的研究人员开发了一种新的量子器件设计方法，利用基于第二类超晶格材料的能带结构工程，制造了第一个基于增益的长波长红外(LWIR)光电探测器
这一新设计在测试过程中展示了增强的LWIR光电探测，可能会使下一代LWIR光电探测器和焦平面阵列成像仪的灵敏度达到新的水平
这项工作可以应用于地球科学和天文学、遥感、夜视、光通信、热和医学成像
“我们的设计可以帮助满足超灵敏光电探测器的迫切需求，”马尼耶·拉泽吉说
领导这项研究的墨菲电气和计算机工程教授
“该架构采用独特的第二类超晶格材料，优化了LWIR光电探测器的运行，具有低功耗、高光学增益和出色的稳定性
" 虽然半导体材料和器件的最新进展已经导致能够捕获LWIR波长的光电探测器的显著发展，但是最先进的LWIR检测技术仍然存在缺点
许多光电探测器依靠碲化镉汞作为半导体，这种材料可以实现极好的灵敏度和速度，但也产生低光电流增益和过量的光谱噪声
拉泽吉是西北大学量子器件中心(CQD)的负责人，他设计的光电探测器使用了第二类超晶格，这是一种以其出色的生长均匀性和卓越的能带结构工程而闻名的材料系统——能够控制材料中的带隙，材料中没有电子电荷
这使得它成为LWIR系统中碲镉汞的最佳替代半导体
她的团队随后将这种新材料应用于异质结光电晶体管器件结构，这种检测系统以其高稳定性而闻名，但以前仅限于短波和近红外检测
在测试过程中，第二类超晶格允许对光电探测器的每个部分进行仔细调整，以使用光电晶体管来实现高光学增益、低噪声和高检测率
雷泽吉说:“这种材料表现出的灵活性允许异质结构设计中基于量子力学的精细能带结构工程，使其成为推动红外探测极限的通用候选材料。”
这项研究建立在CQD发展和理解量子半导体器件物理的长期工作基础上，用于从军事和地球科学到医疗系统的新应用
这种新颖的人工量子结构为下一代高增益光电探测器打开了大门，具有高速应用的潜力，并具有超灵敏的单光子探测能力
1月14日，《光:科学与应用》杂志上发表了一篇概述这项工作的论文，题为“基于ⅱ型超晶格的能带结构工程高增益LWIR光电探测器”
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