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驰骋在广阔的天地里
——记社上海市委副主委、红外物理专家褚君浩
宓正明
从１９７８年起，褚君浩师从我国著名红外物理学家、中科院院士汤定元先生，并于１９８４年在中科院上海技术物理研究所获博士学位。１９８６年３月至１９８８年１１月他在德国慕尼黑技术大学物理系担任洪堡研究成员。回国后，他成为博士生导师，担任红外物理国家重点实验室主任，兼任《红外与毫米波学报》主编。
褚君浩研究员一直从事窄禁带半导体以及铁电薄膜的材料器件物理的应用基础研究，取得了系统的创新研究成果，他孜孜不倦，永不满足，在四个方面作出了重要贡献：
一是发展了窄禁带半导体碲镉汞能带参数理论和实验。从８０年代开始，褚君浩通过不断的探索，解决了碲镉汞高吸收系数测量难题，他首先采用光吸收方法准确测定了窄禁带半导体碲镉汞材料器件最重要的能带参数——禁带宽度。发现碲镉汞禁带宽度的非线性温度系数，提出禁带宽度与组分、温度关系的经验公式。该表达式被国际上称为ＣＸＴ公式（Ｃ褚君浩，Ｘ徐世秋，Ｔ汤定元），是碲镉汞材料器件设计的重要依据，已经用于我国风云卫星、神州飞船红外系统中碲镉汞红外探测器的研制。
褚君浩首次把光跃迁理论应用于碲镉汞吸收光谱，获得跃迁矩阵元和重空穴有效质量等重要能带参数。导出电子有效质量表达式、本征载流子浓度表达式等。所得结果被大段引入国际文献。
该研究成果１９９２年获中国科学院自然科学一等奖，构成１９９３年国家自然科学奖三等奖“窄禁带半导体碲镉汞的光学和电学性质研究”的主要内容。（汤定元排名第一，褚君浩排名第二。）
二是建立了窄禁带半导体表面二维电子气子能带结构理论。褚君浩把二维电子气研究扩展到窄禁带半导体领域。建立了研究窄禁带半导体二维电子气子能带结构的理论模型和实验方法。发现碲镉汞表面二维电子特性与电子浓度、自旋——轨道相互作用、掺杂、压力以及共振缺陷态的关系和规律。在德国慕尼黑技术大学担任访问学者期间，他通过实验获得了电致自旋分裂的色散关系，发现朗道能级的移动、交叉、波函数混合、电子有效ｇ?骋蜃釉銮康裙媛伞；竦茫桑睿樱饪昭?能带结构。著名科学家黄昆认为“本项成果可以说代表了我国学者在这个领域的贡献”。诺贝尔奖获得者Ｋ．ｖ．Ｋｌｉｚｉｎｇ教授也来信对此予以肯定，他指出：“把灵敏探测领域的长期传统与经验和量子结构研究相结合，是你们取得成功的坚实基础”。这项褚君浩排名第一的研究成果“半导体表面二维电子气研究”推进了半导体表面二维电子气的理论和实验。获得了１９９５年中国科学院自然科学奖二等奖。
三是在碲镉汞红外焦平面光电子物理的应用基础研究方面有重大突破。在９０年代，褚君浩解决了碲镉汞薄膜材料和焦平面列阵器件研制中涉及窄禁带半导体光电激发动力学的重要基础问题。突破和推进了对于碲镉汞探测器最重要的带间光跃迁和能带结构的实验和理论。首次获得碲镉汞在本征吸收区的吸收系数和折射系数表达式，用于国内外碲镉汞材料器件设计，被美国空军研究实验室、英国菲力浦研究实验室等二十多个单位作为碲镉汞材料本征吸收光谱的标准，作为他们相关理论和实验的依据。首次建立实际器件的光谱响应模型，导出器件截止波长精确表达式，它和ＣＸＴ公式一起被美国依里诺依大学编入软件包，首次获得非抛物型能带色散关系的对数表达式，导出带间跃迁的理论解析表达式。
在带内光跃迁方面，褚君浩发展了碲镉汞薄膜材料的自由载流子吸收理论。在杂质缺陷和晶格振动方面，他首次实现碲镉汞杂质能谱和晶格振动光学声子模的直接测量；发现碲镉汞光伏器件主要杂质砷、锑、汞空位和有害杂质铁的光跃迁规律等；提出多振子模型、获得远红外介电函数谱。在载流子输运方面，建立半导体多载流子体系定量迁移率谱理论和模型。首次发现碲镉汞中三维二维电子和轻重空穴等各类载流子的定量迁移率谱分布，解决了表现迁移率问题，对焦平面材料表征具有重要意义。
褚君浩发展了焦平面列阵材料表征理论和新方法。首创了２－１２．５ｕｍ单色仪分光的红外椭圆偏振光谱系统和方法（发明专利），建立了１－１６ｕｍ波段双调制傅里叶红外光致发光系统。他建立了量子电容谱系统和平带磁电容谱的方法，还建立了激光束感应电流测量系统及方法。褚君浩关于碲镉汞带间跃迁本征吸收光谱等１４项研究结果作为标准数据和关系式，被写入国际上公认的权威科学手册。
褚君浩主持了九五中国科学院基础性研究重大项目：“碲镉汞红外焦平面光电子物理的应用基础研究”。该项目完成了具有国际一流性能碲镉汞薄膜材料和千元长线列红外焦平面列阵研制，使我国成为在国际上继美国、法国之后，成功研制出这类器件的第三个国家，这一可用于现代红外尖端技术的研究成果为我国高新技术和国防安全迫切需求解决了重大关键问题，该成果荣获上海市科技进步一等奖。
四是对铁电薄膜非致冷红外探测的研究获得国际影响。从１９９５年至今，褚君浩发展了ＢＳＴ、ＰＺＴ铁电薄膜和ＬＮＯ、ＬＳＣＯ导电薄膜的生长方法。在铁电薄膜微结构控制和物理研究方面取得多项创新成果。他采用高度稀释前驱体溶液的溶胶—凝胶法制备高性能铁电薄膜的新方法，在国际上首次实现了ＢＳＴ铁电薄膜室温工作的红外探测器热成像，并已申请发明专利。而在此之前，ＢＳＴ铁电薄膜致冷探测需要在摄氏零下２００度的条件下工作。美国“材料学会通报”２０００年１２月发表专文介绍，认为褚君浩进行的ＢＳＴ铁电薄膜室温工作的红外探测器热成像工作“证实了ＢＳＴ薄膜是非致冷红外焦平面列阵的优选材料”。褚君浩首次实现硅基择优取向导电薄膜和择优取向铁电薄膜生长，并获得发明专利。美国“现代薄膜和表面技术”杂志２００１年３月发表专文报道，认为这一结果“在国际上填补了空白”。褚君浩首次获得了ＢＳＴ、ＰＺＴ、ＳＢＴ、ＬＮＯ、ＬＳＣＯ等薄膜的红外光学常数。
多年来，褚君浩发表学报论文２５８篇，其中在国际上发表１４８篇。论文被美、英、德等十多个国家的著名研究单位引用３３７次，并被实际应用。授权专利４项，它们是“单色仪分光红外椭圆偏振光谱仪”、“一种基于红外傅里叶光谱仪的反射各向异性光谱装置”、“基于激光束感应电流的微激光束扫描谱装置”和“面阵高温超导红外探测器”。
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