金刚石基日盲雪崩探测技术

来自 搜狐网 的图片

金刚石基日盲雪崩探测技术材料基础科学、信息电子材料、无机非金属材料。

关键词： 金刚石；日盲探测；雪崩；非制冷

目录

应用领域

森林火险监测；高压输电安全监控及抢修；复杂气象环境通信；船舶靠泊

成果简介

金刚石具有高硬度、超宽带隙、出色的载流子迁移率和优异的导热性能，是实现“后摩尔”时代电子、光电子和量子芯片的基础性材料之一，目前最大的技术障碍在于实现带隙的有效调控。由于金刚石结构紧凑，常规的N型掺杂目前进展缓慢。2018年陆洋团队首次报道纳米级金刚石针可具有超大的弹性变形，局部弯曲弹性应变达到9％以上，提供了调节金刚石能带的另一种可能。但上述应变尝试往往局限于小样本体积内，而弯曲导致应变分布不均匀。因此，在晶圆级、微米尺度样品中实现大而均匀弹性应变，以充分利用深弹性应变工程进行金刚石器件级的大规模集成加工将更加具有应用价值和工程意义。金刚石具有抗辐射损伤、高载流子迁移率、高热导率、高击穿电压、强化学惰性等“终极半导体”材料特性，是唯一不需要笨重滤光设施、即使恶劣气动热力飞行环境下也满足“5S”探测性能【高灵敏度（sensitivity）、高信噪比（signal-to-noise ration）、高带外抑制比（spatial selectivity）、高响应速率（respose speed）、以及高稳定性（stability）】以及大温差环境下服役的日盲紫外探测材料。 然而，受限于浅能级n型掺杂技术瓶颈，基于传统pn结雪崩机制迄今都未能实现金刚石日盲雪崩探测。我们另辟蹊径，提出以以终端表面态钉扎高内建电场肖特基结构建雪崩倍增区的新原理实现雪崩探测。实现了倍增因子高达1500，暗电流低至皮安水平，可探测度达到了3.06×1012 jones的雪崩探测效果，远优于商用主流探测器性能，为单光子及远距离高灵敏度日盲探测提供了技术支撑。

经济效益与社会效益

我国幅员辽阔，但绝大部分森林资源集中分布于东北、西南等边远山区和台湾山地及东南丘陵，呈现出较为集中的分布特点，为防火管理带来了困难，金刚石基日盲雪崩探测技术因为便携、超远距离、高灵敏度探测的特点，势必会大大减轻护林员的防火压力，可搭载在无人机平台，快速发现火苗，保障林区安全。同时，金刚石基日盲雪崩探测技术也可有效解决高压输电面临的监控困难问题。随着我国工业技术水平的不断进步，我国国内对日盲紫外的需求与日俱增，预计将达到每年数十亿元人民币的经济效益。比经济效益更为重要的是，可为我国生态环境、生产生活、社会发展提供有力保障。