一、研究背景：传统通信波段资源趋紧，2μm红外波段迎来发展机遇
伴随算力网络、AI超算、高速长距离光传输技术快速普及，行业长期依赖的1.55μm C 通信波段频谱容量逐步见底，传输扩容空间受限。对比之下，2μm红外波段光纤传输损耗更低、可用频谱范围更广，除大容量干线光通信外，还可适配星地无线光链路、红外气体传感、中远红外成像等多元应用场景，是光电领域重点攻关方向。
现阶段商用主流探测器多采用锗、铟镓砷等传统半导体材料，应用在2μm波段时普遍存在缺陷：光电响应度不足、信号传输带宽偏低、器件暗电流数值高，同时材料加工工艺难以和成熟CMOS产线兼容，极大阻碍双波段集成光电芯片的研发与量产。
光电探测器的带宽、响应度、暗电流等关键指标，都需要依托专业光谱与光电测试设备完成精准标定。东谱实验室深耕光电芯片、红外探测器件性能表征领域，可提供红外光谱测试、光电器件带宽测试、暗电流/响应度参数标定、波导耦合效率检测等全套标准化检测服务，面向高校实验室、科研院所、芯片企业承接碳基、硅基、氮化硅基光电器件测试业务，依靠高精度检测设备完善实验数据，助力高速光探测器件研发迭代。
二、技术方案：碳纳米管搭配氮化硅波导，全方位提升红外探测综合性能
为解决传统红外探测器的性能瓶颈，北京大学电子学院王胜团队、常林团队联合中科院半导体研究所郑军团队，选取碳纳米管作为核心光电吸收材料开展器件设计。碳纳米管本身具备载流子迁移率高、中远红外光吸收能力优异、带隙可调等先天优势，低温制备特性也能匹配CMOS制造体系。
研究团队选用平均直径1.5nm的高密度取向碳纳米管阵列，拓宽器件有效光响应区间，完整覆盖1.55μm至2μm关键通信波段。器件结构层面创新采用钯-钛非对称接触电极，搭配低损耗氮化硅光波导，通过多物理场仿真反复迭代优化整体架构，大幅提升波导内部光场与碳纳米管阵列的耦合效率，有效缩减器件RC时间常数，为同时实现高响应度、超宽工作带宽打下关键结构基础。
三、核心性能测试结果：1.55μm/2μm双波段3dB带宽均突破67GHz
经系统性光电性能标定测试，这款氮化硅波导集成碳纳米管探测器在两个核心通信波段均展现出领先的综合性能，各项关键参数数据如下：
(1) 1.55μm 通信波段：-1V 低偏压工作条件下，器件 3dB 带宽超 67GHz，光电响应度可达 0.3A/W，暗电流仅 100nA；
(2) 2μm 红外波段：同等 - 1V 偏压环境下，实测 3dB 带宽突破 67GHz，理论极限带宽可达 110GHz，响应度提升至 0.41A/W，暗电流低至 80nA。
该成果是当前少数可在2μm波段实现67GHz以上带宽的高速光探测器件，整体综合性能优于多数同类型现有技术方案，标志碳基光电探测材料在双波段、高速率、低功耗器件赛道取得关键性技术突破。科研人员可依托东谱实验室的宽带光电测试平台，快速完成碳纳米管、氮化硅波导类器件的带宽、响应度、暗电流批量检测，缩短实验验证周期。
四、应用价值：低温制备兼容CMOS，推动单片集成光电芯片发展
该碳纳米管高速光探测器整套制备工艺全程低于200℃，不会破坏CMOS前道晶圆结构，完美适配CMOS后段加工流程，具备单片集成光电芯片的产业化潜力。
本次完整研究工作已于2026年4月24日正式发表在国际权威期刊《ACS Nano》，打通了光通信系统从1.55μm传统波段向2μm新型红外波段拓展的器件壁垒，提供了一套工艺兼容、高速低噪的全新探测器方案。未来可广泛应用于大容量光纤通信、星载光通信模块、红外传感芯片等场景，加速碳基集成电路与硅基光电子芯片一体化集成技术落地。 在各类光电芯片、红外探测器的研发、中试环节，东谱实验室一站式光谱与光电表征服务可覆盖材料测试、器件性能验证全流程，为光通信、红外探测领域科研成果产出与技术转化提供稳定可靠的数据支撑。
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