高玉竹：新型紅外探測器的造夢者
高玉竹，同濟大學教授，博士生導師，中國宇航學會光電技術專業委員會委員，國家基金委項目評議人，長期從事新型紅外材料的研究，為我國紅外材料技術的研發、推廣、應用作出了重要貢獻。
據了解，由高玉竹教授探索發明的「熔體外延法」，為製作新型紅外材料帶來新思路、新成效。
銦砷銻(InAsSb)是一種新型的Ⅲ-Ⅴ族紅外材料，由於具有快的響應速度、較高的量子效率、較好的化學穩定性和機械強度、較低的室溫俄歇複合係數等優良特性，因此在製作非製冷型紅外光子探測器方面有很大的優勢。但是，由於波長8 微米以上的銦砷銻外延層與二元化合物襯底之間的晶格失配度較大，因此用常規技術很難生長出高品質的長波銦砷銻單晶材料。
中日友好時代，高玉竹在日本攻讀博士學位期間，發明了一種新的晶體生長方法-熔體外延法(Melt Epitaxy，簡稱ME)，是一種改進的液相外延(LPE)法，並用該方法生長出了截止波長8 微米以上的銦砷銻(InAsSb)厚膜單晶，具有體單晶的性質，銦砷銻外延層的厚度達到100微米，這個厚度有效地抑制了晶格失配的影響，改善了材料的晶體質量，使探測器的探測率和信噪比提高了1個數量級。
在國際科學期刊上發表了一批論文，在國外和國內都有發明專利(日本專利號：特開2000-86379，中國專利號：ZL201310397546.0)。
熔體外延法(melt epitaxy)，被收入世界著名科學出版社—英國威利(John Wiley & Sons, Ltd)出版的教科書里，書名是「電子學、光學、及光電子材料的液相外延」(Liquid Phase Epitaxy of Electronic, Optical and Optoelectronic Materials，Print ISBN: 978-0-470-85290-3)。高玉竹被美國電氣與電子工程師學會(IEEE)，吸收為職業會員(IEEE會員號：93117174)，取得了國際科學界的承認。
這種新材料的用途，主要是用於製作新型紅外探測器，中長波銦砷銻紅外探測器，在軍用和民用上，都很有應用前途。
基於熔體外延法的創新成果，是高玉竹的重要研究成果。目前，高玉竹等用熔體外延法，已經研製出了非製冷型中長波銦砷銻探測器，是光導型單點探測器，器件上裝有鍺浸沒透鏡。在室溫(295 K)，在波長6.5微米處，峰值探測率Dλp*為1~5×109 cm·Hz1/2·W?1，響應時間為10-1 微秒量級，測量出的探測器性能指標，處於國際先進水平。這種非製冷型光子探測器，可使我國室溫工作的紅外整機的響應速度及抗干擾能力得到明顯提高。
圖1 非製冷型中長波銦砷銻探測器
在中長波銦砷銻探測器上，也可以安裝半導體製冷器，或液氮製冷器。製冷能減少熱激發載流子，因此製冷後可能提高探測器的靈敏度。製冷型銦砷銻探測器，用於測量溫度，探測激光，大氣污染監控，醫療診斷等。
高玉竹表示，目前，我國實際應用的光子型紅外探測器，在3~5微米(中波紅外)波段，在液氮製冷(77 K)，銻化銦(InSb)面陣焦平面(FPA)，峰值探測率為1~3×1011 cm·Hz1/2·W?1，性能優越，用於紅外製導。在8~12微米(長波紅外)波段，主要使用製冷型的碲鎘汞(HgCdTe)探測器，在液氮製冷(77 K)，碲鎘汞面陣焦平面，峰值探測率為1×1010 cm·Hz1/2·W?1，已經取得了很多重大成果。
Ⅱ-型超晶格砷化銦/銻化鎵(InAs/GaSb)紅外探測器，在製冷條件下工作，是新的研究熱點。在液氮製冷(77 K)，中波超晶格面陣焦平面，50%截止波長為5.4微米，峰值探測率為3×1012 cm·Hz1/2·W?1。長波超晶格面陣焦平面，在液氮製冷(77 K)，100%截止波長為10.5微米，峰值探測率為8.41×109 cm·Hz1/2·W?1，取得了明顯進展。
光子型紅外材料的發展趨勢，主要有以下幾個方面：碲鎘汞(HgCdTe)探測器的改進，及碲鎘汞大規模光伏焦平面陣列性能的提高;研製各種新型結構的紅外探測器，研究較多的有量子阱紅外探測器(QWIP)，及Ⅱ-型超晶格紅外探測器(SLS);非碲鎘汞材料的Ⅲ-Ⅴ族紅外探測器研究，包括短波(1~3微米)的銦鎵砷(InGaAs)探測器，及中長波(3~11微米)的銦砷銻(InAsSb)探測器。
就教學和科研工作關係的協調與處理，高玉竹認為兩者之間應相互促進。教師把在科學研究上取得的成果，及國際科技文獻中報道的進展，放進課程的課件里，上課時介紹給學生，會使教學內容更加豐富。進行科學研究，實現大學的現代化。(劉哲)
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