柔性探測器因其在光學傳感和成像系統中的廣闊應用前景而受到關注。然而，大多數研究集中在傳統光電二極管上，其在短波紅外波段的響應度受限于缺乏內部增益。雪崩光電二極管（APD）因其能夠利用內部載流子倍增進行信號放大而在許多傳感和成像應用中受到關注。與傳統的剛性APD不同，柔性APD能夠承受機械應力和變形，使其適合在惡劣環境或經常變形的表面上使用。此外，柔性APD還能夠探測來自非平面表面的光，這對于分布式傳感器網絡等應用至關重要。盡管具有巨大的潛力和迫切的需求，但目前尚缺乏柔性InGaAs APD在短波紅外（SWIR）探測的系統驗證。
圖1展示了柔性InGaAs/InAlAs APD的整體結構設計與架構。該器件基于分離吸收-梯度-電荷-倍增（SAGCM）結構，其中In?.??Ga?.??As吸收層高效吸收短波紅外光子，In?.??Al?.??As倍增層通過高電場實現載流子雪崩放大，從而兼顧高吸收效率與低漏電流。底部金屬層兼具電極與光反射功能，提升光吸收效率。云母襯底具備光學透明、熱穩定、化學惰性及可控厚度等特性，使復雜III–V異質集成成為可能。整體設計不僅確保了器件的高性能輸出，也實現了真正意義上的機械柔性，為柔性短波紅外探測平臺奠定了物理基礎。
圖1 器件結構與光電特性表征示意圖
圖2展示了薄膜InGaAs APD在室溫、平面狀態下的電學與光學直流性能。研究結果驗證了，通過低溫鍵合和結構優化可在柔性襯底上實現高靈敏、高可靠的短波紅外探測。
圖2 薄膜InGaAs APD的直流測量結果
圖3評估了柔性InGaAs APD在不同彎曲半徑（1–5?cm）下的電學穩定性。測試結果表明，該器件在0.15–0.75%應變范圍內可穩定運行，機械形變不會導致明顯性能退化，體現出優異的柔性電子適應性與結構完整性。
圖3 柔性InGaAs APD在不同彎曲條件下的測試結果
圖4評估了柔性InGaAs APD在平面及不同彎曲半徑條件下（1–5?cm）的光譜響應性能，波段覆蓋1520–1630?nm。結果顯示在各彎曲狀態下響應曲線幾乎一致，彎曲不會引起明顯的響應峰位漂移或幅度衰減，說明InGaAs吸收層與InAlAs倍增層在機械應變下結構保持完好，未產生應力誘導的能帶畸變或界面缺陷。該結果進一步驗證了該APD在寬波段短波紅外探測中的高穩定性和高可靠性，為柔性光譜探測、可彎曲成像和分布式光學網絡提供了關鍵實驗支撐。
圖4 柔性InGaAs APD在不同彎曲條件下的吸收光譜
圖5展示了柔性InGaAs APD在長期機械應力作用下的耐久性測試結果。研究結果充分證明了器件在多次彎曲后仍能保持穩定的光電性能，體現出極高的機械耐久性和環境可靠性，標志著該柔性APD已具備長期運行和實際應用的可行性。
圖5 柔性InGaAs APD器件（半徑30 μm）的疲勞特性分析
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