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金剛石基日盲雪崩探測技術材料基礎科學、信息電子材料、無機非金屬材料。

關鍵詞： 金剛石；日盲探測；雪崩；非製冷

應用領域

森林火險監測；高壓輸電安全監控及搶修；複雜氣象環境通信；船舶靠泊

成果簡介

金剛石具有高硬度、超寬帶隙、出色的載流子遷移率和優異的導熱性能，是實現「後摩爾」時代電子、光電子和量子芯片的基礎性材料之一，目前最大的技術障礙在於實現帶隙的有效調控。由於金剛石結構緊湊，常規的N型摻雜目前進展緩慢。2018年陸洋團隊首次報道納米級金剛石針可具有超大的彈性變形，局部彎曲彈性應變達到9％以上，提供了調節金剛石能帶的另一種可能。但上述應變嘗試往往局限於小樣本體積內，而彎曲導致應變分布不均勻。因此，在晶圓級、微米尺度樣品中實現大而均勻彈性應變，以充分利用深彈性應變工程進行金剛石器件級的大規模集成加工將更加具有應用價值和工程意義。金剛石具有抗輻射損傷、高載流子遷移率、高熱導率、高擊穿電壓、強化學惰性等「終極半導體」材料特性，是唯一不需要笨重濾光設施、即使惡劣氣動熱力飛行環境下也滿足「5S」探測性能【高靈敏度（sensitivity）、高信噪比（signal-to-noise ration）、高帶外抑制比（spatial selectivity）、高響應速率（respose speed）、以及高穩定性（stability）】以及大溫差環境下服役的日盲紫外探測材料。 然而，受限於淺能級n型摻雜技術瓶頸，基於傳統pn結雪崩機制迄今都未能實現金剛石日盲雪崩探測。我們另闢蹊徑，提出以以終端表面態釘扎高內建電場肖特基結構建雪崩倍增區的新原理實現雪崩探測。實現了倍增因子高達1500，暗電流低至皮安水平，可探測度達到了3.06×1012 jones的雪崩探測效果，遠優於商用主流探測器性能，為單光子及遠距離高靈敏度日盲探測提供了技術支撐。

經濟效益與社會效益

我國幅員遼闊，但絕大部分森林資源集中分布於東北、西南等邊遠山區和台灣山地及東南丘陵，呈現出較為集中的分布特點，為防火管理帶來了困難，金剛石基日盲雪崩探測技術因為便攜、超遠距離、高靈敏度探測的特點，勢必會大大減輕護林員的防火壓力，可搭載在無人機平台，快速發現火苗，保障林區安全。同時，金剛石基日盲雪崩探測技術也可有效解決高壓輸電面臨的監控困難問題。隨着我國工業技術水平的不斷進步，我國國內對日盲紫外的需求與日俱增，預計將達到每年數十億元人民幣的經濟效益。比經濟效益更為重要的是，可為我國生態環境、生產生活、社會發展提供有力保障。