香港中大科学家发明一种全新光电检测器

2013-10-25 admin1 85

  香港中文大学(中大)电子工程学系曾汉奇教授和许建斌教授及其科研团队,最近成功发明了一项全新的光电检测器,有效推进高效率低成本红外光谱技术,可应用于环境和生物医学工程,如监测空气污染和分析人类呼吸疾病标记。研究结果在9月16日最新一期的国际知名学术期刊《自然-光子学》(Nature Photonics)发表。《自然》新闻专栏和《自然-光子学》同时刊登署名专家评论,高度评价香港中文大学科研团队的重要研究成果。

  在曾教授和许教授的带领下,科研团队利用透明胶带,从石墨中机械剥离出单一碳原子层的石墨烯,并将石墨烯置于硅悬浮薄膜光波导路的顶部,制作出异质结结构的光探测器。该器件在室温下具有很宽的光谱探测范围。这项突破性的实验进展,有望实现高效率、低成本、高集成度的中红外新一代光探测器。科研团队证明,利用单层石墨和硅光波导制作的异质结中红外探测器具有很高灵敏度。整个研究从材料制备、器件设计、制造以至测量,均由中大电子工程学系科研人员独立完成。

  许建斌教授表示:「我们的科研团队提出并开发了一种新颖的、用聚焦光栅耦合的中红外悬浮薄膜波导。通过将石墨烯放置于波导的顶端,器件能够吸收超过 90%的入射光。研究人员并且发现了两种不同机制的探测器,使得在近红外和中红外波长范围的产生不同极性的光电流。是次研究推进了中红外光检测技术的发展,有利于在环境和生物医学工程的中推进红外光谱的应用。

  科研团队制作了用于中外光谱探测的新型光探测器。在中红外(波长从2微米到20微米),气体分子具有较强的共振吸收峰,可用来检测微量的气体浓度(十亿分之几),因此在化学光谱具有很多应用,如空气污染监测、气体「指纹」检测、以及分析人类呼吸疾病标记。目前,商用的中红外探测器通常采用价格昂贵的窄带隙半导体和含毒的汞化合物,并只可以在低温条件下操作。

  今次是香港科研团队迄今为止在《自然-光子学》期刊上发表的第二篇论文。在同一期的《自然-光子学》,亦报导了麻省理工学院及奥地利维也纳技术大学的科研团队的相关研究工作。

  石墨烯是一种二维材料,具有零能隙,因此它具有超宽的光谱带宽,覆盖从可见光到太赫兹频率。将石墨烯集成在硅光学芯片后,光和石墨烯的相互作用增强,并可以显著提高光学吸收,从而提高光探测器的响应度。

  曾汉奇教授为硅光子学领域的专家,已经发表了超过280篇的期刊及会议录论文。曾教授现时是中大电子工程学系系主任。

  许建斌教授为纳米技术和电子材料领域的资深专家,已经发表了超过300篇的技术论文。他积极参加各种专业活动,并曾担任多个重要国际电子材料会议的主席。他是电机及电子工程师学会(IEEE)高级会员、香港材料研究学会秘书长和理事等。许教授现时是中大材料研究中心主任。

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