近日，我校91直播 王金忠教授团队联合中国科学院半导体研究所成功实现微孔阵列超表面与InAs/GaSb二类超晶格长波红外探测器的集成，为提升长波红外探测器的光谱响应提供新思路。研究成果以《基于导模共振效应的微孔阵列超表面增强InAs/GaSb超晶格长波红外探测器的光响应》（Microhole array metasurface-enhanced InAs/GaSb superlattice LWIR detectors with boosted photoresponse via guided-mode resonance coupling）为题发表在《今日材料》（Materials Today）上。

InAs/GaSb二类超晶格材料带隙窄，截止波长可调谐，可有效实现长波红外波段（8~14 μm）光电探测。与同为红外探测材料的三元合金HgCdTe相比，它具有两个优势：首先，能够以较低的成本重复制造，具有高操作性；第二，降低俄歇复合，从而减少暗电流和实现更高的工作温度。然而，InAs/GaSb二类超晶格材料的电子态密度和空穴态密度在实空间是分开的，二者重叠程度不高。这就导致InAs/GaSb二类超晶格材料与具有相同带隙的体材料相比具有较低的吸收系数，进而降低了长波红外探测器的光响应。

针对这一难题，研究团队利用制造简单、可操纵光场的二维微孔阵列超表面来实现InAs/GaSb二类超晶格长波红外探测器的光谱响应增强。基于此，研究团队首先采用时域有限差分（FDTD）方法调控微孔阵列超表面的几何参数以优化长波红外波段的光学性能，而后利用紫外光刻和干法刻蚀技术实现周期8 μm的微孔阵列超表面与InAs/GaSb二类超晶格长波红外探测器的集成。

结合实验分析，集成微孔阵列超表面的InAs/GaSb二类超晶格长波红外探测器在77 K的工作温度下实现宽谱光响应增强，与无超表面的长波红外探测器相比其响应度在波长9.35 μm处提高32%。此外，这种微孔阵列超表面能够在不牺牲噪声的情况下将InAs/GaSb二类超晶格长波红外探测器的比探测率提高至3.42 × 10¹⁰ cm·Hz^1/2/W，使其与相同带隙的商用HgCdTe红外探测器相媲美。该研究工作为InAs/GaSb二类超晶格长波红外探测器的光谱响应增强提供新思路，同时也为二维超表面在红外探测领域的应用提供重要依据。

哈工大为论文第一通讯单位，91直播 博士研究生张翔宇为论文第一作者，91直播 研究员王东博、教授王金忠以及中国科学院半导体研究所副研究员蒋洞微、研究员牛智川为论文共同通讯作者。

该研究获国家重点研发计划等项目资助。

图1 微孔阵列超表面的仿真：（a）微孔阵列超表面的示意图；（b-c）仿真的吸收光谱图；（d-e）xy与xz平面的电场分布

图2 InAs/GaSb超晶格长波红外探测器的表征：（a）外延材料的高分辨X射线衍射（HRXRD）表征；（b）外延材料的原子力显微镜（AFM）表征；（c）探测器的扫描电子显微镜（SEM）表征；（d）探测器的响应度谱；（e）探测器的量子效率谱；（f）探测器的光响应增强因子谱

论文链接：

//doi.org/10.1016/j.mattod.2025.11.005