光電探測技術的案例
基于氧化銦納米晶體的紫外窄帶光電探測器
來自俄羅斯和印度的國際研究團隊創建了一種基于氧化鋁納米晶體的窄帶紫外光電探測器（基于離子束合成氧化銦量子點在Al2O3基體中的深紫外窄帶光電探測器）。
半導體量子點（尺寸僅為幾納米的納米晶體）的尺寸依賴性效應賦予它們新穎的電學和光學性質，吸引了研究人員的關注。
窄帶紫外光電探測器可用于許多領域，特別是生物醫學領域的熒光檢測或紫外光療。該探測器除了尺寸較小外，在可見光或太陽光下的工作溫度范圍和透明度也更高，而之前制造這種光接收器的材料通常是寬帶隙氧化物和氮化物。
氧化銦（In2O3）是透明的寬帶隙半導體氧化物，其直接帶隙約為3.6eV，間接帶隙約為2.5eV。眾所周知， In2O3可用于生產高靈敏度的UV光電探測器。
圖為制造基于Al 2 O 3膜的光電探測器的技術方法的示意圖，其中（a-c）為離子束合成In2O3納米晶體，（d）為In2O3納米晶體的電子顯微鏡圖像，以及光電探測器參數的光譜依賴性。
據UNN物理和技術研究所實驗室負責人Alexey Mikhaylov介紹，實驗室研究人員與印度理工學院的印度同事Jodhpur和印度理工學院Ropar合作，通過在硅上的氧化鋁（Al2O3）薄膜中注入銦離子，成功地合成了In2O3納米晶體。
離子注入是現代電子技術中的基本方法，可以控制夾雜物的尺寸從而調節光電探測器的光學性質。用于氧化銦納米晶體的Al2O3基質提供了一些優于其他電介質的優點，因為這種寬帶隙材料（8.9 eV）對于寬范圍的波長是透明的。
Alexey Mikhaylov 指出：“在我們的研究過程中，我們設法實現了暗電流的顯著降低（與其他基于In2O3納米線類似的光電探測器相比，實現了兩倍以上）。通過將In2O3相整合到寬帶矩陣中并由于它的低暗電流，新的光電探測器顯示出卓越的響應度和外部量子效率的記錄值。”
展開 反無人機指揮系統亮相珠海航展，讓“黑飛”無人機無所遁形
天和防務是一家以軍民兩用電子信息產品為主導產業的民營軍工上市企業，公司依托軍用技術轉化成為航管保障技術，把軍用雷達探測和光電探測技術應用到航管領域，以保障安全飛行為前提，從行業標準、運行服務到裝備研發、制造，從推進通用航空空中監視到民用航空航管裝備產品產業化布局，填補了國內航管裝備領域的多項空白，成為中國構建航管服務保障系統最具潛力的專業公司。
Lumerical 單行載流子光電探測器仿真方法
然而，與PIN光電二極管相比，UTC的能帶結構要求通常需要III-V材料來實現，這使得在與硅基光子系統集成時面臨額外的挑戰。
本例中光電探測器是基于集成在硅基光子系統上的InP/InGaAs混合波導光電二極管所設計的[2]。其包括100nm厚的InP鍵合/匹配層、250nm厚的GaAs吸收體和700nm厚的In P本征收集層。材料堆疊和相關的帶結構如下圖所示。測量了長度為25um、50um和150um的光電探測器[2]。
光學設計
使用FDTD求解器，計算出不同結構參數下光電探測器中的光場變化（主要以電場E的形式表示）。
光電探測器樣光傳播方向（Y）的截面
監視器1中的光場分布（YZ方向）
在得到光場后，軟件內置的分析腳本將自動的計算出光產生速率，同時會根據光生成率在光傳播方向（y）上的平均值生成一個文件，此文件將在CHARGE中用于電學仿真。
光生成速率的平均值示意圖
產生速率分析還基于輸入功率和器件體積來計算光電探測器的響應度。因此調整光電探測器的（Y方向）的長度，可以初步觀察到響應度的變化。
電學設計與光電響應
穩態：暗電流和響應
文獻中[2]測量到的暗電流小于10nA。為了模擬光電探測器的穩態特性，我們將FDTD中計算出的長度為50μm的光電探測器的光學生成率導入到CHARGE電學仿真當中，將偏置從-5V掃到1.5V，進行暗電流模擬和響應模擬。從光電流響應來看，響應度為1.07A/W，表明復合損耗可忽略不計。
展開 Ansys Lumerical | 單行載流子光電探測器仿真方法
綜述
在本例中，我們將研究混合硅基光電探測器的各項性能。單行載流子（uni-traveling carrier，UTC）光電探測器（PD）由InP/InGaAs制成，其通過漸變耦合的方式與硅波導相連。在本次仿真中，FDTD模塊將分析光電探測器的光學響應，CHARGE模塊將分析器件的電學特性。
背景
光電探測器的主要作用是將光信號轉換為電信號，以解碼出加載到光信道上編碼的信息。因此我們可以使用Lumerical的光學和電學求解器對此類器件進行精確模擬和優化。首先采用時域有限差分（FDTD）方法模擬了光電探測器的光學特性，計算光學吸收功率可以得出電子-空穴對的局部產生率。然后，將光學仿真求得的電子空穴對產生速率導入電學仿真（CHARGE）中用于求解的連續性方程。
對于高速光電二極管，通過將吸收層與收集層解耦，可以使用單行載流子（UTC）設計來優化渡越時間響應[1]。在傳統的PIN結構中，載流子是在本征區中光生的，在本征區中，強場將載流子分離以產生光電流。載流子的速度通常是有限的，并且在大多數常見的材料（如鍺）中空穴比電子慢，這會導致延遲和不對稱響應。通過結合窄帶隙和寬帶隙半導體，可以隔離單個載流子類型（通常是電子），使得器件的光響應僅取決于這些載流子的傳輸。然而，與PIN光電二極管相比，UTC的能帶結構要求通常需要III-V材料來實現，這使得在與硅基光子系統集成時面臨額外的挑戰。
本例中光電探測器是基于集成在硅基光子系統上的InP/InGaAs混合波導光電二極管所設計的[2]。其包括100nm厚的InP鍵合/匹配層、250nm厚的GaAs吸收體和700nm厚的In P本征收集層。材料堆疊和相關的帶結構如下圖所示。測量了長度為25um、50um和150um的光電探測器[2]。
展開 
紫外光電探測器TOCON-ABC1用于燃弧紫外檢測
最后推薦一款可以應用在燃弧紫外線檢測中的紫外線探測器，由工采網從國外引進的高質量紫外光電探測器 - TOCON_ABC1,該探測器基于碳化硅的寬頻紫外光電探測器，帶有集成放大器。TOCON是5伏供電的紫外光電探測器，帶有的集成放大器使紫外輻射轉化成0~5V電壓輸出。TOCON的輸出電壓引腳可以直接連接到控制器，電壓計或其他帶有電壓輸入的數據分析裝置。高度現代化的電子元件和帶有紫外玻璃窗的密封金屬外殼可消除封裝內寄生電阻路徑導致的噪聲或電磁干擾。對各個工業紫外傳感應用來說，TOCON 是完美的解決方案，從pW/cm2水平的火焰檢測到W/cm2水平的紫外固化燈控制。十種不同的TOCONs覆蓋了這13個數量級范圍，它們的靈敏度有所不同。TOCONs生產為紫外寬頻傳感器或帶有過濾器進行選擇性測量。
展開 紫外光電探測器用于高溫場合的鍋爐加熱火焰熄滅檢測
按用途分類：
電站鍋爐：用于火力發電廠的鍋爐,容量大、參數高、技術新、要求嚴。是上海鍋爐廠主要產品。
工業鍋爐：在各工業生產紡織、印染、制藥、化工、煉油、造紙等的流程、采暖、制冷中提供蒸汽或熱水的鍋爐。是上海鍋爐廠產品之一。
生活鍋爐：為各工礦、企事業單位、賓館、服務行業等提供低參數蒸汽或熱水的鍋爐。此類鍋爐需求量大,全國各地有很多制造廠。
特種鍋爐：如雙工質兩汽循環鍋爐、核燃料、船舶、機車、廢液、余熱、直流鍋爐等等。
防火措施：
在點火前，由于燃氣鍋爐內已經充滿了殘留的可燃氣體，所以在點火前，要做到先啟動送、引風機強制通風5-10分鐘，充分進行爐膛內的氣體置換，清除爐膛內的可燃氣體才能正常點火升壓，一次點火未成功需要重新點火時，一定要在點火前再次給爐膛通風，充分清除可燃氣體。
當爐內溫度低或比較潮濕時，因點火困難，需采取適當方法給爐內預熱。
在可燃氣體噴嘴前的進氣管上，應裝置壓力表。
如火焰熄滅，立即停止供入可燃氣體，只供空氣，換氣后，再進行點火操作。
為了防止燃氣鍋爐在點火時發生爆炸，必須在點火前檢查進氣管中的燃氣壓力，當壓力符合要求時，再使用鼓風機吹掃爐膛，清除爐膛內的爆炸性混合物。在點火時應嚴格遵守先點火，后開氣的原則。
最后推薦一款可以應用在鍋爐加熱火焰熄滅檢測中的紫外線探測器，由工采網從國外引進的高質量紫外光電探測器 - TOCON_ABC1,該探測器基于碳化硅的寬頻紫外光電探測器，帶有集成放大器。TOCON是5伏供電的紫外光電探測器，帶有的集成放大器使紫外輻射轉化成0~5V電壓輸出。TOCON的輸出電壓引腳可以直接連接到控制器，電壓計或其他帶有電壓輸入的數據分析裝置。高度現代化的電子元件和帶有紫外玻璃窗的密封金屬外殼可消除封裝內寄生電阻路徑導致的噪聲或電磁干擾。
展開 紫外光電探測器TOCON_ABC1用于焊接電弧光紫外線檢測
最后推薦一款可以應用在焊接電弧光紫外線檢測中的紫外線探測器，由工采網從國外引進的高質量紫外光電探測器 - TOCON_ABC1,該探測器基于碳化硅的寬頻紫外光電探測器，帶有集成放大器。TOCON是5伏供電的紫外光電探測器，帶有的集成放大器使紫外輻射轉化成0~5V電壓輸出。TOCON的輸出電壓引腳可以直接連接到控制器，電壓計或其他帶有電壓輸入的數據分析裝置。高度現代化的電子元件和帶有紫外玻璃窗的密封金屬外殼可消除封裝內寄生電阻路徑導致的噪聲或電磁干擾。對各個工業紫外傳感應用來說，TOCON 是完美的解決方案，從pW/cm2水平的火焰檢測到W/cm2水平的紫外固化燈控制。十種不同的TOCONs覆蓋了這13個數量級范圍，它們的靈敏度有所不同。TOCONs生產為紫外寬頻傳感器或帶有過濾器進行選擇性測量。
展開 雙層石墨烯/砷化鎵的等離子體共振光柵結構光電探測器數值仿真 ￥500
<p>本案例設計了一雙層石墨烯/砷化鎵光柵結構，基于COMSOL軟件的半導體及相關模塊，模擬了石墨烯和砷化鎵之間的載流子分離和轉移異質結區域產生的電磁場分布，如圖1所示，并進一步分析得到不同波長下的吸收率曲線，如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202206/imgs/80019830f9304a1799118885f068db17.gif" alt="Untitled.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 電磁場仿真結果</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202206/imgs/47ce638fc01b4bf3972ae6a3aec043ea.png" alt="Untitled2.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖2 吸收率隨波長變化曲線</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p><p><br></p><p><br></p>
展開 用于高性能光電探測器
這些材料的理論研究已經揭示了其量子極限的特殊電子和光電性能，但由于無法獲得大的長寬比，因此尚未受到實驗性推力。而原子層面的輕薄材料盡管具有引人入勝的性能，但仍面臨著不斷的挑戰。單硫化錫（SnS）是一種低成本，自然豐富的層狀材料，其帶隙可調，在原子厚度下顯示出優異的載流子遷移率和大吸收系數的特性，因此其對電子和光電子學具有非常大吸引力。然而，
缺乏成功的合成技術來制備大面積和原子層面盡可能薄的SnSS層，主要是由于強的層間相互作用阻礙了這些特性在通用應用中的探索。
為此，來自皇家墨爾本理工大學的Vaishnavi Krishnamurthi等人在《Advanced Materials》上發表題為“適用于高性能寬帶光電探測器的液態金屬合成超薄SnS層”的文章。在本文中，SnS層的印刷厚度從單個單位晶胞（0.8 nm）到由金屬液態錫合成的多個堆疊單位晶胞（≈1.8nm）不等，其橫向尺寸為毫米級。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adma.202004247
結果表明，這些大面積的SnS層具有較寬的光譜響應，具有從深紫外（UV）到近紅外（NIR）波長（即280-850nm）的范圍，并具有快速的光電檢測功能。對于單個單元厚的分層SnS結構而言，其在660 nm的室溫工作波長下，光電探測器的響應度（927 A W-1）比商用光電探測器高出三個數量級。
這項研究為合成用于寬帶、高性能光電探測器的大橫向可復制納米片開辟了一條新途徑。它還為集成光電電路、傳感和生物醫學成像中的可擴展應用提供了重要的技術支持。
展開 高溫下長效穩定服役的高性能SiC納米帶光電探測器
【引言】
隨著科技的不斷的發展，探索能在高溫等惡劣條件下穩定服役的光電探測器(PD)，是當前研究的挑戰之一。常規硅半導體基PD的工作溫度通常低于125℃，難以滿足上述應用。碳化硅(SiC)是第三代半導體，具有寬禁帶、高擊穿場強、高熱導率以及突出的穩定性，在研發高溫、高壓、高功率和高輻射等苛刻工作環境下服役的光電器件上，優勢顯著。此外，與傳統體材料相比，一維納米結構具有近完美的晶體結構、高比表面積以及與其尺寸相當的德拜長度，且其一維結構能夠強化其載流子輸運，有利于構筑具有高響應度、快速響應速度和高外量子效率(EQE)的PD。
【成果簡介】
近日，寧波工程學院楊為佑教授、北京科技大學侯新梅教授、復旦大學方曉生教授(共同通訊作者)等采用有機前驅體熱解工藝，合成了B摻雜3C-SiC納米帶，實現了以3C-SiC納米帶光電探測器(PD)的研發，相關成果在Adv. Funct. Mater.上發表了題為“High-Performance SiC Nanobelt Photodetectors with Long-Term Stability Against 300 °C up to 180 Days”的研究論文。該PD在405 nm光激發下，具有6.37×105 A·W-1的響應度和2.0×108%的外量子效率，探測率為6.86×1014 Jones。此外，B摻雜3C-SiC納米帶PD在300℃高溫下180天內，展現出良好的長效穩定性。
展開 . : CsPbBr3薄膜限域生長及其在高性能光電探測器中的應用
圖4 不同前驅體比例對CsPbBr3 IO薄膜光電探測性能的影響
a) 5 V 偏壓下開關比隨PbBr2:CsBr比例的變化；
b) 根據光電流響應曲線所得的響應時間；
c) 5 V偏壓下的檢測限；
d) 計算所得靈敏度。
圖5 CsPbBr3 IO薄膜的實際應用
a) 5 V偏壓下CsPbBr3 IO薄膜(PbBr2:CsBr = 1.2)光電探測器光電流隨功率的變化；
b) 1 V偏壓下器件的-3 dB帶寬。
【小結】
綜上所述，作者利用基于有序PS模板的限域生長策略克服了由前驅體溶解度低引起的成膜問題。CsPbBr3反蛋白石(IO)薄膜在限域生長作用下，不僅具有優異的吸收系數，而且在晶粒、擇優取向和薄膜密度方面也具有顯著的改善。特別的，具有優化比例(PbBr2：CsBr = 1.2)的高度有序CsPbBr3 IO薄膜表現出低陷阱態密度(3.07×1012 cm-3)和高載流子遷移率(9.27 cm2·V-1·s-1)，在全無機HP多晶薄膜中尚屬首例。基于CsPbBr3 IO膜的光電探測器具有216 A·W-1的高響應度以及5 μs內的短響應時間。該工作證實了限域生長策略有助于改善CsPbBr3薄膜質量，所得薄膜在光電器件領域具有更多潛在的應用。
文獻鏈接：Space-Confined Growth of CsPbBr3 Film Achieving Photodetectors with High Performance in All Figures of Merit (Adv. Funct.
展開 
具有高外量子效率和寬光譜響應的有機-無機雜化錫基鈣鈦礦光電探測器
有機-無機雜化鈣鈦礦材料具有載流子遷移率高、擴散長度長、暗電流密度低、吸收邊緣鋒利等優點, 因而成為用于光電探測的理想材料. 但是, 相對較小的帶隙(1.6 eV)限制了這些材料在近紅外區的光子捕獲效率.
華南理工大學馬東閣課題組利用碘甲胺和鉛-錫二元鈣鈦礦作為探測器的光吸收層, 導電聚合物和富勒烯作為空穴和電子傳輸層, 銦錫氧化物和鋁作為陽極和陰極制備了光電探測器件. 文章近期發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9377-3
圖1 有機-無機雜化錫基鈣鈦礦光電探測器的(a)結構，(b ,c)EQE譜，(d)光響應度
實驗結果表明, 當錫的含量達到30%時, 探測器的光譜響應拓寬到
1000?nm.
此外, 我們制備的探測器的光譜響應度達到
0.39?A/W,
歸一化探測率達到
7×10E12?Jones.
器件的外量子效率在350到900 nm范圍內, 均超過50%, 在550 nm處取得最大值, 超過80%.
Yang Y, Yang D, Ma D et al. Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9377-3
展開 清華-伯克利深圳學院成會明、劉碧錄團隊在二維材料Bi2O2Se控制制備及光電探測方面取得新進展
研究者還發現基于Bi2O2Se的光電探測器顯示出優異的光響應度（2.2 x 104 AW-1）、探測率（3.4 x 1015 Jones）和開/關比（~109），是迄今為止報道的Bi2O2Se和其他二維材料光電晶體管的最好性能之一，表明物理氣相沉積法制備的毫米級二維Bi2O2Se材料在光電器件中具有良好的應用前景。
該研究以“ Controlled vapor-solid deposition of millimeter-size single crystal 2DBi2O2Se for high performance phototransistors”為題在線發表于Advanced Functional Materials上（DOI: 10.1002/adfm.201807979）。 論文第一作者為TBSI博士后Usman Khan，通訊作者為劉碧錄副教授和成會明教授，論文作者還包括TBSI博士生羅雨婷、唐磊、滕長久和劉佳曼。
【圖文導讀】
圖1.利用物理氣相沉積自限制外延生長法制備的毫米級二維Bi
2
O
2
Se 單晶
圖2.二維Bi2O2Se材料光電探測器及其性能
原文鏈接：Controlled Vapor-Solid Deposition of Millimeter-Size Single Crystal 2DBi2O2Se for High Performance Phototransistors (Advanced Functional Materials, 2019, DOI: 10.1002/adfm.201807979).
展開 海洋技術 ▏海洋工程磁場探測傳感技術研究進展
四、磁場探測傳感技術展望
隨著科學技術的飛速發展，海洋工程磁場探測傳感技術將進一步發展，一方面，磁場傳感技術趨向于更高靈敏度，另一方面，磁場探測技術趨向于多元多樣化。
⒈磁場傳感技術趨于更高靈敏度
隨著磁場探測距離的增加和磁性目標經過消磁處理之后磁場變得更加微弱，現在磁場傳感技術的靈敏度逐漸難以適應新形勢的需要，為了提升磁場探測距離，并探測到更加微弱的磁性目標，需要提升磁場傳感技術的靈敏度，發展SQUID磁梯度儀、高靈敏度微型光學原子磁力儀、石墨烯磁傳感器等前沿高端磁傳感器，使磁場傳感技術更加敏感，進而探測fT級甚至更高級別的磁場信息，提升磁場探測距離。
⒉磁場探測技術趨于多元多樣化
為了探測更加豐富的磁場信息，磁場探測系統將更加多樣化，載體平臺可以包括無磁船、UUV、USV、飛行器等，配置方式可以是磁場梯度場、總場、矢量場等多元相結合的方式，從而測量更加豐富的磁場要素與信息，提升綜合磁場測量能力。
五、結束語
隨著海洋工程的飛速發展，海洋磁場探測傳感技術變得非常必要與急需。通過從磁場探測方法與磁場傳感技術兩個方面入手，分析海洋工程磁場測量的研究進展，指出未來的發展展望，因此磁場傳感技術趨于更高靈敏度，磁場探測技術趨于多元多樣化是海洋工程磁場探測傳感技術的發展趨勢。
展開 關注：量子探測技術進展
一、 前言
量子科技的價值日漸體現，量子探測技術是量子科技的重要方向之一。量子探測技術是傳統探測技術和新興的量子科技融合產生的新型探測技術。主要針對目前傳統探測技術無法解決的瓶頸問題，例如探測信噪比探測靈敏度限制，探測成像分辨率限制，復雜環境探測性能下降的問題，更多維度特征信息的探測獲取等。文中首先綜述了一些現有的前沿量子探測技術情況，然后介紹了哈工大課題組在量子探測技術領域的一些典型工作，最后對整個量子探測技術方向發展提出的建議。
二、現有的前沿量子探測技術
現有的前沿量子探測技術主要包括基于量子偏振的安全量子探測技術、量子關聯成像（即鬼成像）探測技術、量子照明探測技術、量子增強激光探測技術。
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