摘要:中波红外成像技术在航空航天、医疗诊断和自动驾驶等领域发挥着至关重要的作用。范德华材料黑磷凭借其极高的载流子迁移率和理想的直接带隙，已被证实是构建高性能室温中波红外传感器的有力候选材料。然而，严苛的生长条件及各向异性的生长特性，限制了黑磷光电器件的发展，目前仍停留在小规模实验室演示阶段。因此，开发大规模、均匀且高性能的黑磷光电探测器阵列迫在眉睫。本研究采用室温制备技术，将大面积、均匀、低氧化的黑磷油墨薄膜沉积到薄膜晶体管上，成功研制出64 × 64的高性能中波红外快照式光电探测器阵列。该室温油墨制备工艺有效防止了黑磷在加工过程中的氧化，实现了低至1.12%的氧化损耗率。此外，通过梯度离心策略优化了黑磷油墨中纳米片的粒径与厚度分布，从而促进了电荷载流子的传输。该黑磷油墨薄膜阵列在中波红外波段展现出4.52 mA/W的高光响应度，像素光响应非均匀性低至10.1%。本研究为推进大规模中波红外成像技术的发展提供了一条新路径。

摘要:高电子迁移率晶体管（HEMT）太赫兹探测器由于栅宽过大，会导致沟道中产生杂散等离子体波模式，造成共振探测响应信号微弱，以及响应峰展宽。针对上述问题，提出一种侧栅HEMT（EdgeFET）结构。基于传统HEMT的二维电子气（2DEG）流体动力学方程，建立了侧栅器件的共振探测模型。制备了侧栅HEMT探测器，并在77 K下进行了太赫兹共振探测实验。实验结果表明：EdgeFET在77 K下展现出明显的共振响应，共振响应度可达到最大非共振响应度的3.7倍。实验数据与理论模型拟合良好，验证了模型的准确性。实验结果充分证实了侧栅HEMT在提升探测器共振性能方面的有效性，为开发下一代高性能太赫兹探测器提供了新的技术途径。

摘要:太赫兹（THz）探测器是实现光电转换的核心，是现代信息社会的基础之一。基于CVD法生长了大面积PtTe₂薄膜，制备了不同沟道长度的太赫兹探测器。对器件的测试结果表明，器件响应与偏置电压和功率呈线性相关，响应率与沟道长度和频率呈负相关。器件出现的特征与基于电磁诱导势阱（EIW）效应的计算结果一致。基于EIW效应的器件具有~7.6 μs的快速响应时间，在有限偏置下的噪声等效功率（NEP）优于7.9×10^-15 W/Hz^0.5，比探测率D*优于9×10¹⁰ cm·Hz^0.5/W，优于目前已报道的基于半金属PtTe₂的探测器。

摘要:基于180 nm CMOS工艺设计并实现了一款支持直接探测和外差探测两种工作模式的宽带太赫兹（THz）探测器芯片。探测器由环形天线、NMOS晶体管差分检波电路和阻抗匹配网络组成，面积为200 200 μm²。基于环形天线的双向辐射特性，提出了将射频（RF）与本振（LO）分置于探测器两侧的布局方案，该方案无需使用分束器耦合信号，从而避免了信号的衰减。LO信号由一个外部独立的太赫兹波源产生，与片内集成的LO相比，其在频率稳定性和输出功率等方面具有优势。为了抑制硅衬底的表面波损耗，芯片背面集成了一个直径d=12 mm、厚度t=8 mm的高阻硅透镜。测试结果显示，探测器的工作频率范围覆盖了75~325 GHz，外差探测噪声等效功率（Noise Equivalent Power，NEP）优于直接探测NEP 3个数量级以上。探测器在220 GHz频点下呈现出了最佳性能，外差探测NEP为6.26 fW/Hz，直接探测NEP为18.42 pW/Hz^1/2。

摘要:本文提出了一种基于3D打印透镜封装的宽带太赫兹（THz）准光探测器，可覆盖220 GHz和340 GHz两个典型大气窗口。该探测器由天线耦合探测芯片和3D打印透镜组成。芯片封装于多层介质层压基板上，肖特基二极管直接集成在片上天线的馈电端口。片上集成的宽带平面蝶形天线刻蚀在石英衬底上，工作频率范围为201 ~ 360 GHz，兼具辐射器与射频（RF）扼流功能。通过引入一对电容加载环（CLLs），在不增加天线尺寸的前提下实现了带宽拓展。此外，设计并集成了高阻抗折叠低频（LF）引线，以实现对高频信号泄漏的有效抑制。通过将轻量化、低成本的3D打印透镜与嵌入于多层介质层压结构中的金属化反射器相结合，实现了单向辐射特性并提升了整体结构的机械稳定性。该探测器在200 ~ 230 GHz范围内的最大电压响应率为2200 V/W，在320 ~ 350 GHz范围内的最大电压响应率为1885 V/W，实测辐射方向图与仿真结果表现出较好的一致性。

摘要:BIB（阻挡杂质带）探测器在红外天文空间探测等领域具有重要应用价值，然而关于其温度依赖机制的研究仍较为有限。文章采用近表面处理技术，制备了一种基于高纯锗材料的平面p-i-n结构BIB红外探测器，在低温条件下表现出优异的电学与光电响应性能。3.3 K时反偏电流低至15 pA，在15 K以下保持良好的响应性能，黑体探测率高达，但随着温度升高降低。采用包含光激发、热激发与碰撞电离过程的电流模型模拟结果与实验数据，揭示温度升高引起耗尽区显著收缩降低载流子收集效率为主要作用机制，为BIB探测器在低温红外探测中的结构设计与性能优化提供了理论支撑和实验依据。

摘要:表面微构造硅独特的光学特性在光电传感器、太阳能电池等领域展现出广阔应用前景。为进一步探索基于其表面结构的光电调控作用，本文报道了一种基于MXenes（Ti₃C₂T_x）的光电特性与微构造硅基底表面结构，通过旋涂等工艺手段，构筑硅基表面调控的新型异质结光电探测器。对比研究商用硅、微构造硅及Ti₃C₂T_x/微构造硅器件在不同波长/功率光辐照下的I-V特性及光电响应特性，发现Ti₃C₂T_x/微构造硅光电探测器在200-1750 nm波段的外量子效率和响应率均显著优于商用硅和微构造硅探测器。其中在近红外波段（1100-1750 nm），该器件也表现出更优越的性能指标，其外量子效率超1000%，响应率大于10 A/W。相比之下，同波段内商用硅探测器的外量子效率小于10%，响应率不超过0.3 A/W；微构造硅探测器的外量子效率小于15%，响应率不超过0.08 A/W。动态响应及偏压分析表明，Ti₃C₂T_x涂层凭借高导电率及与微构造硅形成的异质结内建电场，显著增强近红外至中红外波段探测能力，响应时间由38 ns缩短至20 ns。该异质结在光通信高速探测、激光雷达、光传感等领域展现出广阔应用前景。?

摘要:采用砷离子注入p-on-n平面结技术制备了长波碲镉汞1024×768（10 μm）焦平面探测器组件，77 K工作温度下器件后截止波长为9.61 μm。在半阱条件下对探测器组件的基本性能进行了测试，结果表明器件黑体响应率非均匀性为4.15%，平均值NETD为28.5 mK，有效像元率为99.81%。在长波碲镉汞1024×768（10 μm）焦平面探测器芯片组表面设计和制备了专用的金属微结构，并对像元间串扰进行了表征分析，结果显示器件串音为12.3%，MTF为0.35。最后对探测器组件进行了室外场景和室内人物成像演示，均显现出较好的成像效果。

摘要:高灵敏度短波红外探测技术在激光雷达、量子通信等前沿领域需求迫切。异质结光电晶体管（Heterojunction phototransistor，HPT）凭借其内增益机制，为突破传统二极管探测器灵敏度瓶颈提供了有效方案。本文聚焦于InP/GaAsSb/InGaAs二类接触异质结HPT的基区结构对探测器性能的影响，通过控制刻蚀工艺制备了两种不同基区结构的器件。研究表明，保持完整的大尺寸基区结构可显著提升器件性能：其在-2 V偏压下的响应度与内部电流增益分别达141 A/W和160，显著优于小尺寸基区结构的器件。变温测试分析与尺寸效应研究进一步揭示，大尺寸基区器件的暗电流以扩散机制主导，光生载流子输运和收集效率更高，且具有更优异的尺寸稳定性；而小尺寸基区器件则因侧壁缺陷引入显著的产生-复合电流和表面漏电流，并在低温弱光下因缺陷对载流子俘获作用导致光响应急剧劣化。本研究明确了基区结构设计对HPT性能的关键影响，为高性能短波红外探测器的优化设计提供了重要的理论和实验依据。

摘要:为了实现对热释电红外探测器极弱信号的检测和高灵敏度应用场景中的需求，提出了一种具有可变阵列规模的双电容跨阻放大器（CTIA）读出结构，并设计了带隙基准（Bandgap）、低压差线性稳压源（LDO）作为偏置电路提供电压偏置，以满足低噪声、低功耗、大动态范围和便携式的需求。采用TSMC 0.18 μm 1P6M工艺设计电路，电源电压为3.3V，并对其版图进行绘制，采用伪晶体管（Dummy）结构、保护环（Guard Ring）结构，以提升器件之间的匹配度和版图整体的对称性以及模拟电路的抗干扰能力与电气稳定性。

摘要:为解决MoS₂-BP-MoS₂范德瓦尔斯光伏探测器对超低噪声与零偏置的需求，设计了一款基于斩波稳定与相关双采样（CDS）技术的电容跨阻放大器（CTIA）读出电路。电路采用多节点斩波架构（斩波频率40 kHz）抑制1/f噪声，结合CDS消除KTC噪声与纹波，并通过单位增益缓冲器实现动态偏置（偏置误差 < 200 μV）。测试结果表明，在0.35 μm CMOS工艺下，电路等效输入噪声电流为119.35 fA，总积分噪声降低32.83%，功耗为990 μW。与探测器互连后红外信号正常读出，该设计为二维材料光电探测器提供了高精度、低噪声的读出解决方案。

摘要:受材料和工艺等影响，红外图像普遍存在盲元问题。针对新型阻挡杂质带（BIB）探测器的红外图像，还存在像素少、非均匀性大等问题，常规盲元检测和补偿方法在BIB探测图像不完全适用。为解决这一问题，列举了常见红外图像盲元检测及补偿方法的优缺点，并逐一对实测BIB图像进行了实验处理，盲元分布均匀性较差，块状盲元占比较高。因此，提出了改进的盲元检测方法和盲元补偿法，并采用基于FPGA的硬件系统平台对算法进行了实现。经过分析，改进后盲元分布均匀性和块状盲元占比指标得到优化，其应用的经济性也获得切实改善。

摘要:红外探测器在民用、军事和航空航天等重要领域扮演着不可或缺的角色，其未来发展具有重大战略意义。文章概述了红外探测器的发展历程和现状，重点介绍了碲镉汞、铟镓砷、锑化物、量子阱、硅基阻挡杂质带等传统光子型红外探测器，以及胶体量子点、二维材料、电磁诱导势阱效应、铁电极化场调控等新型红外探测器的研究进展，同时阐述了动态视觉传感、计算成像、微纳结构、三维集成新技术在红外探测领域的应用，并探讨了红外探测器的未来发展趋势。

摘要:红外焦平面数字化读出电路是红外焦平面探测技术目前发展的重要方向之一，针对红外焦平面高速高精度多应用场景的需求，设计了一种3-bit量化器的多模式增量型Sigma-Delta模数转换器（ADC）新架构。通过将数据加权平均算法集成在3-bit量化器中，减小反馈回路中电容失配的影响、提高ADC的转换速度和精度；采用将多路选择器嵌入在CIC数字抽取滤波器中，实现支持不同转换速度和输出位数的ADC。基于180 nm CMOS工艺设计，完成了多模式增量型Sigma-Delta ADC的设计。仿真结果表明：在多模式工作下可以实现转换速度和输出位数之间的转换，ADC转换速度从12.5 ksps达到100 ksps，输出位数从15 bits达到24 bits；在50 ksps转换速度下，后仿真ADC有效位数达到了13.1 bits，每列ADC消耗电流仅为90 μA。

摘要:硅基光电晶体管探测器具有内部增益高、成本效益高且与CMOS技术兼容等优势，是大规模光子集成芯片的关键器件之一，在短距离光互连领域具有显著的应用潜力。为缓解其响应度与带宽之间固有的优化矛盾，本文提出了一种新型耦合脊波导SiGe/Si光电晶体管，光波传输方向与载流子传输方向垂直，可以实现吸收效率与工作速度的独立优化。分析了SiGe/Si脊波导中的单模传播模式与多模光传播模式，优化设计SiGe/Si脊波导几何参数实现高的吸收效率。采用与CMOS工艺平台兼容的技术制备了脊波导SiGe/Si光电晶体管，实现了6.4 A/W的响应度和10 nA的暗电流。

摘要:介绍了通感一体化（Integrated sensing and communication，ISAC）的基本概念、原理和发展现状，综述了现阶段适用于ISAC应用场景的多通带大频比微波/毫米波传输线、天线和无源元件（主要包括滤波器和耦合器），对比分析了这些多通带大频比结构的不同实现方式和制造工艺，总结了不同设计方案的技术特征、射频性能及优缺点，本综述为进一步研究面向ISAC应用的高性能微波/毫米波前端组件提供了丰富多样的参考。

摘要:针对Ka波段毫米波云雷达现有杂波滤除方法存在的边缘信号损失问题，提出一种改进的多特征融合方案。根据回波信号的反射率因子在时间和垂直高度上的连续性构建识别模型，进行初步杂波识别，然后引入形态学二值膨胀操作，生成云雾边缘候选区，并借助领域分析技术进行信号边缘的精确判定。采用同址的激光雷达探测结果对算法进行了验证，该方案可在有效滤除杂波的同时较完整的保留云雾边缘信号，解决了现有杂波滤除方案的边缘信号损失问题，提升了毫米波云雷达数据的质量。

摘要:掌握大气成分与要素在不同高度的分布特征，对于深入理解气候变化和应对气候问题具有重要作用。为了满足多大气成分（H₂O、CO₂、CH₄、N₂O、O₃、CO）和视线风速垂直廓线的探测需求，开展了红外激光掩星探测系统设计。在载荷设计方面，激光发射端设计采用宽谱段频率锁定激光光源技术，制造高稳定性的红外激光；激光接收端设计采用多光栅空间外差光谱探测技术，实现较宽谱段范围、高光谱分辨率探测，光谱范围覆盖2~2.5 μm，光谱分辨率优于0.15 cm^-1。在数据应用与轨道仿真方面，基于Abel变换的红外激光掩星反演方法，可实现大气成分与要素廓线在UTLS区域的同步反演；并基于仿真模拟系统进行了掩星轨道设计，经仿真分析计算掩星事件发生频次可达到61次/天，并对单次事件的数据采集过程进行了合理设计规划。

摘要:面向空中高速目标红外偏振探测需求，针对空中目标红外偏振特性的计算和图像生成问题，本文提出适用常见高速目标红外偏振特性的计算方法和仿真流程。该方法基于混合辐射偏振模型，综合考虑目标表面自身热发射、太阳辐射反射、环境辐射反射及大气传输效应，建立了空中目标红外线偏振度（DoLP）计算模型框架并给出了具体材质的模型实例化方法，所建材质样板DoLP计算值与实测值偏差小于10%。仿真流程以高速飞行的SR-72侦察机为例，基于目标材质样板偏振计算模型生成的反射/辐射率矢量数据，借助Unity3D引擎实现了SR-72目标红外偏振特性的实时计算仿真，图像帧率达到35帧/s，生成了不同飞行速度、探测波段（中波/长波）和太阳光照（存在与否）条件下SR-72的红外DoLP图像，分析了目标红外偏振特性的部分变化规律。本研究为空中目标红外偏振探测及相关评估应用提供数据基础和仿真支撑。

摘要:无人机检测在民用及军事领域均具有重要价值，然而传统红外探测系统易受背景杂波的干扰。红外偏振成像技术通过将偏振数据与红外成像相结合，为解决该问题提供了新途径。但偏振图像与红外图像的差异性为目标提取引入新的问题，因此本研究引入了一种基于尺度自适应局部极值度量（ALEM）的新型检测算法。该算法引入改进SUSAN算子快速提取感兴趣区域，估计该区域内潜在目标的特征尺度，并针对偏振图像特性提出ALEM算法，通过分析像素邻域特征实现对比度测量。基于真实场景偏振图像数据集的实验结果表明：该算法的信杂比增益相较于基准方法提高了2.7倍，背景抑制因子提高了8.6倍，且能以20 fps运行，它具有优异的检测性能、鲁棒性和实时检测的能力。