太赫兹波段在电磁波谱中是远红外波段的拓展，该波段的探测器在光谱检测、外差探测和无线通信领域也有良好的表现。太赫兹量子阱探测器（THz QWP）具有皮秒级的响应时间和1GHz以上的高速调制性能，是太赫兹快速成像和高速无线通信应用领域非常有前景的探测器。
基于光子学原理的THz QWP具有体积小、易集成、响应速度快和灵敏度高等优点，是太赫兹大规模焦平面成像的理想器件。THz QWP与大功率THz QCL相结合，可以实现THz波的快速成像和高速通信。
据麦姆斯咨询报道，近期，中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术实验室曹俊诚研究员课题组在《红外与毫米波学报》期刊上发表了以“太赫兹量子阱探测器研究进展”为主题的综述文章。曹俊诚研究员主要从事太赫兹物理、器件及通信与成像应用的研究工作。
这项研究综述了THz QWP的探测原理和设计方法、器件主要性能指标和基于该探测器的应用技术研究进展。
THz QWP的能带结构示意图（a）零偏压下，（b）光照加偏压的情况下
THz QWP是一种基于子带间跃迁原理的单极器件，子带间跃迁选择定则要求电场在量子阱的生长方向具有非零的偏振分量，因此常规的THz QWP对正人射的光没有响应—般采用衬底45°斜面人射的方式来耦合。
THz QWP的两种常用耦合方式：（a）45°衬底背入射耦合，（b）金属光栅正入射耦合
与红外波段量子阱红外探测器（QWIP）不同的是，THz QWP量子阱中基态和第一激发态的能量差比较小，在对器件进行精确设计和理论分析时应该考虑多体效应（MBE）的影响。二者另一个区别在于，THz QWP有源区厚度在亚波长量级，阱中的掺杂浓度较低，光吸收效率相对较小，因此高效的光耦合方式是提高THz QWP性能的关键。
THz QWP的性能指标主要包括暗电流随温度的变化特性、光电流响应谱、背景限工作（BLIP）温度T BLIP、响应率和探测灵敏度。与红外QWIP不同，THz QWP量子阱中束缚态到连续态的能量间距非常小，导致暗电流对温度非常敏感，影响探测器常温工作性能。通常，为了抑制器件暗电流，THz QWP需要在连续制冷的液氦流下工作。
利用分子束外延生长技术和成熟的半导体加工技术可以制作THz QWP的大规模、均匀、高分辨率并且长期稳定的焦平面阵列成像探测器，对实现实时成像系统具有童要的意义。
THz QWP具有体积小、设计方便、工艺简单、响应速度快等优点，是太赫兹大规模焦平面成像和自由空间蒿速无线通信的重要候选器件。量子阱中较低的子带间吸收效率是制约THz QWP应用的重要因素。为了提高吸收效率，可以从理论计算、光耦合方式和工艺制备等方面来优化器件，从而进一步提高器件的光电转换效率和工作温度。另外，THz QWP是一种窄带探测器，为适应宽谱探测，可将不同探测频率的QWP有源区进行堆叠，制备出多色的探测器。利用THz QWP进行快速成像可以获得物体的更多细节信息，优化后的快速成像系统有望应用于安全检查和无损检测。此外，THz QWP具有高速调制性能，基于THz QWP的离速无线通信链路为未来6G无线通信应用提供了很有前景的技术途径。
该项目获得国家自然科学基金（61927813，61975225，62005304，62004209）、上海市科学技术委员会（21DZ1101102）的支持。该论文第一作者为中国科学院上海微系统与信息技术研究所太赫兹固态技术实验室副研究员张真真，主要从事太赫兹量子阱探测器及其应用技术的研究工作。
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