高性能窄禁带半导体碲镉汞太赫兹探测研究

Terahertz(THz) wave has become one of the hottest spots in recent years owing to its unique characteristics and prominent value of applications. However, due to the booming development of THz technology, especially in some new rising fields such as terahertz imaging and security inspection, it requires some outstanding performance on THz detectors of short respond time, high sensitivity, room- temperature operation, miniaturization and reasonable costs. The present THz detectors cannot meet those requirements. So it is necessary to develop new kind of THz detectors with good performance which can fulfill the requirements of the new applications..In this project, we will develop a new principle of THz detectors based on electric field enhanced effect in Narrow Gap Semiconductor Mercury Cadmium Telluride (MCT). We will investigate the fundamental optical properties of MCT materials in THz range, establish a physical model of THz detectors, design the simulators of parameters. Then we will fabricate prototype detectors and test the performance of them according to the results of the simulations.The aim of this project is to develop the key THz detectors which can be integrated and operated at room temperature with fast response, high sensitivity.

太赫兹(THz)波由于其独特性质和应用价值，近年来成为国内外的研究热点，其迅速发展对于太赫兹探测技术提出了新的要求，尤其在成像、安检等新兴起的应用上，要求太赫兹探测器响应速度快、探测灵敏度高、可室温工作、可小型化阵列集成、价格合适，而现有探测器多数因工作温度低、响应速度慢、集成度差已不适合应用发展，因此迫切需要研究性能优异可满足应用需求的太赫兹探测器。.本项目提出采用基于窄禁带半导体碲镉汞材料的电场增强效应，发展新原理的太赫兹探测器。我们将研究碲镉汞材料在太赫兹波段的基本特性，建立碲镉汞太赫兹探测器的物理模型，设计重要参数和仿真器件性能，并进行探测器制作和实验测试，验证探测器的性能。该项目将研究发展快速、灵敏、可集成化、室温工作的高性能太赫兹探测器件，解决太赫兹学科新应用中的器件瓶颈科学问题。

太赫兹(THz)波因其独特性质和应用重要性，已成为国内外的研究的前沿和热点，其迅速发展对太赫兹探测技术提出了新的要求，尤其在成像、安检等新兴起的应用上，要求太赫兹探测器响应速度快、探测灵敏度高、可室温工作、可小型化阵列集成、价格合适，迫切需要研究性能优异可满足应用需求的新型太赫兹探测器。. 该项目“高性能窄禁带半导体碲镉汞太赫兹探测研究”研究发展了快速、灵敏、可集成化、室温工作的高性能太赫兹探测器件。该项目从碲镉汞太赫兹探测器中的基本光电物理原理、相关器件制备和应用问题着手,对碲镉汞材料在太赫兹波段的特性进行深入研究，创立基于电场反对称效应的探测物理模型，在太赫兹光电导探测器机理方面取得突破；进行了大量进行器件结构设计、工艺制作和实验测试，研制出高性能室温光电导太赫兹探测器，在高性能太赫兹探测器取得突破。.受该项目的资助，共发表标注论文23篇，其中Advanced Materials 2篇，Scientific Reports 2篇；申请国家发明专利8项。《Advanced Materials》期刊在扉页中写道：太赫兹探测“太赫兹介于红外与微波频率之间，虽然已提出不少探测机制，太赫兹探测仍旧具有艰巨的挑战，甚至到目前为止还没有建立起适合的探测理论。黄志明及其合作者提出一种实现优异光电效应的独特理论（a unique theory），并从实验上证明其对室温太赫兹探测的极高灵敏性。”. 项目负责人的相关研究结果被《中国科学报》、《科技日报》、《人民网》等四十几家媒体新闻报道。“中国太赫兹研发网”于2014年和2015年连续两次被评为太赫兹科技发展年度成果。英国格拉斯哥大学Grant博士评价“你们的探测器是太赫兹探测器领域的一项颠覆性的技术，……这种探测器可以彻底改变太赫兹成像。” 研究成果被国家基金委特约稿出版，在《中国科学基金(英文版)》出版了“Electromagnetic wave-induced photoelectric effect for sensitive THz detection”，该期刊每年只报道96项自然科学各领域的研究成果。