中科院上海技物所团队基于Ge/BP异质结，通过光谱极性反转抵消背景辐射诱导电流，探索室温红外探测。AUT-XperRaman与超连续激光源用于宽谱段光电响应表征，为抗背景干扰探测提供实验依据。
科研前沿 | 突破背景噪声限制！共聚焦拉曼光谱系统助力实现室温高灵敏红外探测
近日，中国科学院上海技术物理研究所的研究团队在红外光电探测领域取得重要突破。该团队提出了一种创新的“传感器内背景偏移抵消”机制，为抑制室温红外探测中的宽带热辐射背景诱导电流提供了新方法。相关成果以“Sensitive infrared photodetection via intrasensor background-offset cancellation in mixed-dimensional van der Waals heterostructures”为题，发表于国际学术期刊《Nature Communications》。
该研究的核心在于设计了一种基于锗/黑磷（Ge/BP）的混合维度范德华异质结光电探测器。通过巧妙利用光诱导的内部电场反转效应，该探测器能够对不同波长的光子产生极性相反的光电流，从而在光电转换阶段就实现了对背景辐射诱导电流的内在抵消。这一设计使得器件在室温下的比探测率（D*）达到7.89×1010Jones，在文中所述比较条件下，性能提升了四倍，为开发下一代抗背景干扰、高灵敏度的红外传感技术开辟了新路径。
在本项研究中，共聚焦拉曼成像系统（AUT-XperRaman） 与超连续激光源（Leukos，波长范围900–4800 nm） 组成的测量系统扮演了至关重要的角色，是验证器件核心工作机制的“定海神针”。
研究团队利用这套光谱测量系统，成功获取了器件在宽光谱范围内的光电响应特性，其科研贡献主要体现在：
验证光谱极性反转机制： 通过精确测量器件的外量子效率（EQE）光谱，研究团队清晰地观测到了在特定波长（λR ≈ 3.1 μm）处，光电流响应从正极性到负极性的确定性反转。这一关键实验证据直接证实了“光谱极性工程”策略的有效性，是整个研究的核心发现。
实现宽谱段精确表征： 超连续激光源提供的900–4800 nm宽波长范围，覆盖了器件从近红外到中红外的关键响应区域。AUT-XperRaman系统的高灵敏度和稳定性，有助于在微弱信号下获得高信噪比的光谱数据，为深入理解光诱导电场反转的物理机制提供了可靠的数据支撑。
这项研究不仅展示了一种高性能的红外探测器，更确立了一种通过“光谱极性工程”来主动调控背景诱导电流的通用策略，其应用前景广阔：
抗干扰红外成像： 在强背景光或复杂光照环境下，该探测器能内在抑制干扰信号，实现高对比度成像，在安防监控、自动驾驶等领域潜力巨大。
微型光谱分析： 该原理可将传统的光谱仪功能集成到单个像素中，为开发无需光栅和滤光片的超紧凑、低成本片上光谱仪提供了全新思路。
高灵敏气体传感： 通过调控光谱极性反转点，可针对特定气体的吸收峰进行优化，实现对痕量气体的高灵敏度、高选择性检测。
本项研究由中国科学院上海技术物理研究所完成。该实验室是我国红外物理与光电技术领域重要研究基地，长期致力于红外物理、材料、器件与系统的基础和应用研究，取得了众多具有国际影响力的创新成果。
本论文的通讯作者包括李冠海、陈晓双和卢伟等研究员。他们的研究团队长期深耕于低维半导体物理与器件、红外光电子学等前沿方向，在范德华异质结的构筑、光电特性调控及新型红外探测器研发等方面积累了丰富的经验，为本次研究的顺利开展奠定了坚实基础。
作为本项前沿研究的“幕后功臣”，AUT-XperRaman显微共聚焦光电成像系统以其光谱表征性能和灵活性，再次证明了其在尖端科学研究中的核心价值。
宽光谱范围，一机多用：可灵活集成多种激光器，如本研究中使用的Leukos超连续激光源（900–4800 nm），轻松覆盖从可见光到中红外的广阔光谱范围，满足多样化的科研需求。
高灵敏度与高稳定性：采用高透过率光谱仪和高灵敏度探测器，支持微弱信号下的高信噪比光谱采集，为精确的物质成分与结构分析提供可靠保障。
共聚焦设计，空间分辨率高：标配共聚焦光路，可实现亚微米级的空间分辨率，精准探测微小区域的信号，有效排除背景干扰，是表征微纳器件和二维材料的理想工具。
功能强大，操作便捷：集成了拉曼光谱、光致发光（PL）、电致发光（EL）及光电流（PC）等多种测量功能于一体，配备用户友好的软件系统，可轻松实现自动化测量与数据分析，有助于提升科研效率。
从起初在黑暗中捕捉微弱的热信号，到如今在复杂的背景噪声中精准识别目标，红外探测技术的每一次飞跃，都源于对物理极限的不断挑战和对核心机制的深刻理解。中国科学院上海技术物理研究所的这项研究，正是通过“光谱极性工程”这一创新思路，通过光谱响应调控抑制背景诱导电流，将室温红外探测的灵敏度推向了新的高度。
这不仅是器件性能的提升，更代表着一种全新的探测范式——从被动地接收信号，转向主动地管理和塑造信号。这一范式转变，为未来智能感知系统的发展指明了方向。我们有理由相信，随着此类技术的不断成熟与应用，一个更加清晰、智能、无处不在的红外感知网络将逐步构建起来，从自动驾驶的“慧眼”到环境监测的“哨兵”，深刻地改变我们与周围环境交互的方式。
而在这条探索之路上，像AUT-XperRaman这样的高性能表征工具，将继续扮演着不可或缺的角色。它不仅是验证科学构想的“试金石”，更是启迪未来创新的“催化剂”，助力科研工作者们在微观结构中不断发现新规律，将前沿的科学构想转化为驱动未来的强大引擎。
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