摘要
由于工艺技术成熟、光电性能优异等优点，硅基光电探测器仍是可见-近红外商用光电探测器的主流。然而近红外波段响应低、暗电流大、平面结构反射率高等缺点限制了硅基光电探测器性能的进一步提升。本文中，我们利用平面Si表面微结构良好的陷光特性，构建了宽光谱增强的高性能光电探测器。在此基础上，设计和制作数据自动读取和成像系统，实现了性能良好的可见-近红外成像。具体研究成果如下： 1.结合光刻和电感耦合等离子体刻蚀技术，制备了直径、深度、周期分别为5μm、5μm、10μm的Si微米孔阵列结构。利用高纯Cu靶材，反应磁控溅射沉积CuO薄膜，构建了CuO/Si MH异质结。该器件呈现良好的自驱动光电探测性能，530nm光照下，响应度、比探测率外量子效率分别为301.5mA/W、7.96×1012Jones和70.5%。与平面结构器件相比，响应度实现了宽光谱的增强。时域有限差分分析表明，纵向F-P腔共振是实现宽光谱性能增强的原因。 2.通过聚苯乙烯（PS）微球辅助的胶体光刻技术和碱性溶液中的各项异性刻蚀，制备了周期性倒置硅微米金字塔（PIMP-Si）。通过射频磁控溅射在PIMP-Si上沉积In2Se3薄膜，制备了PIMP-Si/In2Se3异质结。紫外-可见-近红外光谱分析表明，在较宽的光谱范围内（265nm-1300nm），PIMP-Si/In2Se3异质结相比平面结构反射率大大降低。异质结器件在810nm光照下具有最强的光响应，零偏压下响应度、比探测率、响应时间和外量子效率分别为0.58A/W、1.76×1012Jones、5.1/18μs、89.7%。 3.制备了基于8×8PIMP-Si/In2Se3异质结阵列的光电成像系统。各像素点具有均匀性的光响应特性，确保了良好的成像质量。利用该光电探测器阵列，实现了良好的彩色成像。此外，由于该器件显著增强的近红外响应，在烟雾环境下，1300nm光照中仅有2%衰减，可应用于火灾现场、烟雾环境等场景。
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