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美国开发基于SiGeSn合金的下一代红外成像技术_亚博|网页版登录

编辑:亚博|网页版登录 来源:亚博|网页版登录 创发布时间:2020-10-05阅读81120次
  

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官方入口|据麦姆斯咨询报导,美国亚利桑那州而立大学教授取得美国国防部“多学科大学研究计划”(MURI)项目资助,研究更佳的下一代红外光学技术。铜和锌、铜和锡、铁和碳等化学元素的人组可以分别制得黄铜、青铜和钢金属合金,取得独有的性质,例如可用作特定目的的高强度和耐腐蚀性等。作为美国国防部MURI项目的一部分,美国亚利桑那州而立大学张永航(Yong-HangZhang)教授和AndrewChizmeshya副教授正在这个方向上展开探寻,他们将研究硅锗锡(SiGeSn)合金的基本材料特性,用作研发更加重、更加慢、更加节约能源的下一代红外光学技术。

美国亚利桑那州而立大学张永航教授,将在MURI资金反对下研究SiGeSn合金的质量和稳定性,并为红外应用于研发创意的器件架构美国国防部MURI计划反对多学科大学研究团队,目的更佳地解读或构建以前未曾做到过的基础研究。以前的很多MURI项目获得了重大突破,持续推展了科学变革,增进了美国高校研究生在前沿领域的拓展。

2019年,美国国防部公布了24个备受瞩目且竞争白热化的MURI项目,资助总额高达1.69亿美元。张教授和Chizmeshya教授将与阿肯色大学联合的研究机构以及达特茅斯大学、马萨诸塞大学、波士顿大学和乔治华盛顿大学合作,共享750万美元MURI项目经费中的大约200万美元资金。“MURI计划是美国国防部为大学教授获取的最不具竞争力且最激动人心的项目之一,”张教授说道,“这是我在半导体光电子材料和器件涉及领域的第四个MURI项目,指出了亚利桑那州而立大学在光子学领域的研究实力。

我们正在希望解决问题一项十分具备挑战性的课题,所以我们必须刮袖子打气腊了。”下一代红外光学技术半导体材料作为激光器、太阳能电池和晶体管等电子技术的最重要基础,在红外光学应用领域占有最重要地位。

目前最先进设备的红外技术一般来说使用碲镉汞半导体合金或元素周期表Ⅲ-Ⅴ族元素做成,使用户无论白天或黑夜都能取得视野,并在军事防卫系统和商业应用于等领域充分发挥着最重要起到。虽然红外设备在很多应用领域具备提升可视性的极大潜力,但是当前使用的半导体合金技术由于简单的生产过程、陈旧的生产工艺、较好的一致性和低生产成本,而在性能上受到限制。

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这些容许妨碍了红外技术在军事和民用领域的普遍用于。“SiGeSn合金是一种比较较新的半导体材料,可用作研发光电通信和红外应用于的下一代高速探测器、发射器和调制器,”亚利桑那州而立大学分子科学学院化学副教授Chizmeshya说道,“它们主要由锗构成,但精妙地加到硅和锡可以取得新的电学特性,例如必要带上隙等。”类似于垒砖砌墙,研究人员可以加到倒数的半导体材料层来生产工作器件,例如智能手机芯片。

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SiGeSn合金可以展开倒数的多层生产,从而产生新的半导体架构,取得过去无法构建的性能,例如最久范围的红外观测。“如果我们需要改良SiGeSn材料,并将其放到大规模构建的硅基板上,整个系统可以以非常低的成本取得高于当前所有红外技术的性能,”张教授说道,“它可以让人们看见人眼看到的红外光。”为了设计、生产并检验SiGeSn作为一种新型红外半导体替代材料,MURI项目团队必需解决一系列材料挑战。它们如何超过中波红外波长?一旦构建,如何提高材料的性能?当SiGeSn材料系统展现出出有质量和稳定性时,如何用于它来生产高性能器件?此外,Chizmeshya回应SiGeSn合金的热力学数据十分缺少。

因此,研究团队将研发并应用于专门的、全新的热力学框架,以说明了影响SiGeSn合金稳定性的源头,并最后绘制出有SiGeSn系统的物理量。这种方法还可以在以后应用于其它简单的合金系统。如果项目顺利,这种使用SiGeSn合金的低成本和高性能红外技术将对美国国防部带给根本性影响。例如,飞机可配有更加高效、极具成本效益的红外热光学设备,以在能见度较好的情况下提高飞行员的战场监控能力。

此外,士兵和国防车辆可配有地基视觉系统,以更高的准确性和精确度检测威胁和漏洞。当然,SiGeSn合金的应用于前景将相比之下远超过国防领域。基于SiGeSn合金的红外技术可以使医疗保健、监控、救难、自动驾驶、气象学和气候学等应用于获益。

张教授预计基于SiGeSn合金的低成本夜视技术将在将近10年内普遍应用于汽车、卡车和其他自动驾驶车辆。归功于此,由黑暗、雨雾或沙尘暴等能见度受限而造成的车祸将大大减少,从而挽回更好的生命,并提升车辆行经的安全性。张教授指导的研究生正在操作者分子束外延设备,生长单晶半导体薄膜和太阳能电池十年以上SiGeSn合金专业研究该MURI项目挤满了一支在SiGeSn合金前沿领域工作多年的跨学科研究团队,还包括化学家、土木工程师、电气工程师、数学家和物理学家,他们将利用累积多年的红外光子学研究经验,以深入研究SiGeSn合金及其低成本大规模生产的基本材料和器件问题。Shui-Qing(Fisher)Yu是阿肯色大学的首席研究员,他在研发使用SiGeSn合金的光电器件方面享有多年的专业累积,如激光器、光电探测器和红外照相机等。

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他还研究了SiGeSn合金在提升材料质量和减少器件成本方面的潜力。Yu于2005年取得亚利桑那州而立大学电气工程博士学位,因其在张教授研究小组的卓越工作而取得知名的富尔顿学院Palais卓越博士生奖。张教授的研究涵括了普遍的光电子领域,还包括半导体材料的生长及其结构和光学特性,以及新型半导体器件的设计、生产和测试。对于这个项目,张教授将更加了解的探究SiGeSn材料的外延生长技术,确认其质量和稳定性,并针对红外应用于的SiGeSn合金开发量身自定义的创意器件架构。

张教授作为实验主义者,他的专业累积将很好的与其合作者、理论为首Chizmeshya教授因应。Chizmeshya教授在理论固态电子学、化学和材料科学方法方面的专业知识需要指导新的合金的设计,并阐述其热力学、电子学和结构特性。他将用于超级计算机基于量子力学的仿真建模,研究SiGeSn合金化学气相沉积生长过程的关键点。

“关于这个MURI项目的研究人员早已合作或分别在SiGeSn合金的各个方面展开了十多年的合作,”Chizmeshya教授说道,“我们将首次将个人的专业累积和非常丰富的集体经验融合一起。|官方入口。

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