光电子材料与器件团队

团队负责人:赵卫

职务/职称

◆松山湖材料实验室光电子材料与器件团队负责人
◆博士,研究员,博士生导师
◆中国科学院西安分院院长
◆陕西省科学院院长
◆中国光学学会高速摄影与光子学/光纤与集成光学专业委员会主任
◆中科院西安光机所学术委员会主任
◆中科院大规模光子集成B类先导研究计划首席科学家

研究方向

主要从事超快光学、超快光电子学以及高功率激光技术的研究工作

主要成果/荣誉

◆先后获得国际高速成像和光子学最高成就奖(High-Speed-Imaging Gold Award奖)、2018年度中国科学年度新闻人物等。
◆发表SCI论文300多篇,他引4700多次,授权申请国家/国际发明专利80多项,论著3部。

团队成员

光电子材料与器件团队现有成员13人,按学历分布,其中博士3人,硕士8人,本科2人。按职称分布,其中研究员/正高级高工3人,副研究员/高级工程师2人,中级及以下职称8人。成员在原子层沉积技术、光电材料、新型光电器件、电子学、光电成像/探测系统等方面具有丰富的研究开发经验。

团队简介

项目介绍

原子层沉积纳米光电功能薄膜材料与新型光电探测器件项目利用原子层沉积技术,进行纳米光电功能薄膜新机理、新工艺、新技术的探索,开发新型光学玻璃材料与微通道阵列器件、高性能电子倍增打拿极材料与器件、TOF 3D激光雷达成像探测器、高转换效率中子敏感材料与器件、时间分辨拉曼光谱仪系列产品,在生物医疗、安检、微光探测、高能物理、深空探测等领域形成核心竞争力。

微光夜视
空间探测
激光雷达与激光通信
大科学装置
生物医疗
中子成像安检

项目意义

传统微通道板受制于制备工艺和技术,性能接近其理论极限,存在增益低、本底噪声大、寿命短等天然缺陷,且重复性、稳定性较差。随着对光电探测器件时间/空间分辨率、本底噪声、大面阵、寿命等的要求越来越高,这种传统的铅硅酸盐玻璃微通道板所固有的缺陷制约了其进一步发展和应用。利用原子层沉积技术制备的新型微通道板,增益比传统含铅玻璃微通道板产品提高了10-15倍,暗电流相对于传统MCP降低了2个数量级。这种新型微通道板光电子器件是量子通信、紫外通信、三代/四代微光夜视等战略新兴产业发展的关键性基础器件,同时也是中子和X射线探测中的关键元器件,具有非常重要的市场价值和商业化前景。

高转换效率中子敏感材料与器件是目前国际最前沿的中子成像探测产品,能够实现高的空间分辨率(<36μm)和中子探测效率(冷中子80%,热中子70%)。本项目研制的高转换效率中子探测成像器件的开展将为材料表征、无损检测提供先进技术手段,将促进材料科学、生物医学等领域的发展。

拉曼光谱仪广泛应用于科学研究、生物医疗、环境保护、食品安全、深空探测等领域的定性和定量分析,具有快速、简单、可重复、无损等优点。项目研制的皮秒时间分辨拉曼光谱仪源于超短脉冲激光技术和时间分辨单光子探测技术的长期积累和创新,通过皮秒时间门控方法,能大幅提高信号强度、有效抑制荧光干扰和环境杂散光的影响,很大程度上解决目前国内拉曼光谱仪所存在的问题。实现高端光谱仪器自主研发,打破国外高端拉曼光谱仪的垄断。

潜在市场

微通道板及器件具有高增益、高时间分辨、高空间分辨等特点,可应用于微光夜视、医疗检测、光谱分析、环境检测、高能物理探测等领域。

中子照相原理是利用中子束穿过物体时在强度上的衰减变化,对被测物体进行透视成相,从而反应样品内部材料的空间分布、密度、各种缺陷等综合信息。中子照相作为一种无损检测技术,目前在建筑、考古、生物学、汽车工业、医学、材料学、电子元器件、石油、化工、冶金工业、能源存储等领域中有着广泛的应用需求。高端中子敏感微通道板及其探测器由美国Nova Scientific、法国Photonis等公司所垄断,国内无相关产品。本项目高转换效率中子敏感材料与器件,能够实现高的位置分辨率(36μm)和中子探测效率(冷中子80%,热中子70%),具有巨大的潜在市场和极好的产业化应用前景。

皮秒时间分辨拉曼光谱仪是一种突破性的变革产品,源于超短脉冲激光技术和时间分辨单光子探测技术的长期积累和创新,解决传统拉曼光谱探测存在信号弱、背景荧光强、环境光干扰、分析时间长等瓶颈问题,其不受工作环境研制,具有更广阔的应用领域。

研究方向

 (一)原子层沉积纳米光电功能薄膜材料

开发具有优良性能薄膜材料的生长工艺和设备,结合松山湖材料实验室和中国科学院的发展战略,重点面向新型纳米光电功能材料、半导体光电二维材料、特种涂层材料等的开发及其应用。

ALD薄膜材料生长与表征
航空发动机特种涂层

(二)新型光电探测器件

(1)新型光学玻璃材料、微孔阵列及新型电子倍增器件

突破大尺寸、小孔径微通道阵列制备工艺,实现微孔阵列基因芯片及高性能微通道阵列器件的研制,结合原子层沉积技术,进行高二次电子发射、高分辨、低噪声、长寿命电子倍增器件的研制。

玻璃微孔阵列器件
电子倍增器件及基因测序芯片

(2)高量子效率半导体光电探测器件

探索影响半导体光电阴极基底材料与光子器件关键性能提升的机理和制约因素,研究材料组分、结构尺寸、应变、温度、掺杂和缺陷等因素对光子器件关键性能参数影响的机理,研制具有长寿命、高量子效率与高图像分辨率的光电探测器件。

单光子TOF探测器
单光子相机

(3)高转换效率中子探测器件

基于原子层沉积技术,突破高探测效率中子敏感器件的技术难点,开展伽马信号抑制机制的研究,解决伽马噪声干扰问题,研制高转换效率中子探测器件及中子成像探测系统。                

中子敏感材料与器件
中子成像探测系统

(三)远程时间分辨拉曼光谱仪

针对公共安全、科研、生物医疗等领域对远程时间分辨激光拉曼光谱技术的需求,开展痕量物质拉曼信号增强方法研究,解决室外自然环境条件下远程痕量物质拉曼光谱探测存在信号微弱、环境杂散光和荧光干扰等难题,研制出小型化时间分辨拉曼光谱探测系统样机并在安检等领域实现应用示范。     

皮秒时间分辨拉曼光谱仪